Излучательная рекомбинация в активных средах полупроводниковых лазеров на основе широкозонных соединений А2В6 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕН! 1ЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ргв од

УДК 637.312:548.582:621.375 ? / щ 2П0П

ГУРСКИЙ Александр Леонндовнч

ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ А2В6

01,04.10 - фишка полупроводников и диэлектриков

А В I О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание учено«! степени доктора фн шко-математическнх наук

МИНСК - 2000

Работа выполнена в Яясплгуте физики им. Б.И.Степанова HAH Беларуси

Официальные оппоненты: доктор технич. наук, профессор Насибов

Александр Сергеевич

Оппонирующая организация - Институт физики твердого тела и

полупроводников HAH Беларуси

Защита состоится 16 июня 2000 г. в 14-00 часов на заседании совета по защите диссертаций Д 02.01.16 в Белорусском государственном университете по адресу: 220050, Минск, проспект Ф.Скорины, 4, гл. корпус, к. 206. Тел. 226-55-41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета.

Автореферат разослан " /3 " МАЛ_2000 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

канд. физ.-мат. наук

доктор физ.-мат наук, профессор Ломако

Виктор Матвеевич

доктор физ.-мат наук, профессор Яржембицкий Виктор Борисович

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полупроводниковые лазеры широко используются в различных областях человеческой деятельности - науке, технике, медицине и т. д. Мощные лазеры с электронной накачкой находят применение в навигации, даль-пометрии, а также в системах проекционного телевидения. Инжекционные лазеры применяются в системах приема, передачи, хранения и обработки информации, являющихся основой развития современных информационных технологий - одного из основных направлений научно-технического прогресса. Производство полупроводниковых лазеров различного типа и назначения исчисляется миллионами штук в год и продолжает расти.

В настоящее время для записи и воспроизведения информации на оптических дисках и в лазерных принтерах используют инжекционные лазеры ИК-диапазона, а в лазерных визирах и указателях - лазеры красного свечения на основе соединений А3В5. Диапазон длин волн этих лазеров ограничен снизу величиной 0.6 мкм. Это накладывает ограничения на плотность записи информации и разрешающую способность принтеров. Уменьшение длин волн до 0.4-0.5 мкм позволило бы, например, увеличить объем информации, хранимой на стандартном компакт-диске, в несколько раз. По данным фирмы Sony, если при длине волны излучения 780 нм стандартная емкость диска составляет 780 Мбайт, то при 650 нм она увеличится до 5 Гбайт, при 510 нм - до 7.7 Гбайт, при 450 нм - до 10 Гбайт, а при 410 нм - до 12 Гбайт.

Применение лазеров зеленого свечения в лазерных визирах и указателях желательно, поскольку зеленое излучение соответствует максимуму спектральной чувствительности человеческого глаза. Освоение сине-зеленого спектрального диапазона необходимо также для получения зеленой и синей компонент цветного изображения в различного рода дисплеях. Лазеры на основе соединений А3В3 могут обеспечить либо излучение с длинами волн более 0.6 мкм (системы на основе InGaAsP), либо с длинами волн менее 0.42 мкм (системы на основе InGaN). Область 0.42-0.6 мкм может быть перекрыта с применением соединений А2В6 (в частности, системы па основе ZnSe).

Отсутствие хорошо отработанных технологий изготовления активных элементов лазеров на основе соединений А2В6 является следствием недостаточной изученности процессов излучательной рекомбинации и их взаимосвязей со структурными свойствами этих соединений. Это обуславливает неудовлетворительные характеристики лазеров, что создает проблемы в изготовлении устройств, пригодных для практического применения. Вышесказанное определяет актуальность

исследования излучательной рекомбинации в активных средах полупроводниковых лазеров на основе широкозонных соединений А2В6.

Связь работы с научными программами и темами. Работа выполнялась по заданиям республиканским комплексных программ, выполнявшихся по постановлению Президиума НАН Беларуси: Оптика-2, 1985-1991, № ГР 01860010395, темы 2.20: "Исследование механизмов генерации и рекомбинации носителей заряда в полупроводниках" (1985-1988) и 2.21: "Создание элементов нелинейной оптики и оптоэлектроники и изучение их рабочих характеристик" (1989-1991); Лазер-3, 1991-1995 , № б/н, тема 3.03: "Разработка, создание и исследование полупроводниковых лазеров, процессов взаимодействия лазерного излучения и электрических полей с полупроводниковыми кристаллами, создание новых устройств полупроводниковой оптоэлектроники"; Квант-01, 1996-2000, № ГР 19961664, "Разработка новых типов полупроводниковых лазеров и исследование нелинейных оптических процессов в квантово-размерных системах", а также по международным проектам: проект 525/115/004/4 Германской службы академических обменов DAAD (ФРГ) "Characterization of MOVPE-grown ZnSe epilayers" (1993-1994); проекты Немецкого исследовательского общества DFG, ФРГ WER/113/3/1 "Charakterisierving von Akzeptoren in ZnSSe" (1994-1995); HE/2400/2/1 "ZnMgSSe Heterostrukturen &r Optoelektronik" (1996-1997), проект 1/72-306 Фонда Фольксваген (ФРГ) "Kompensationsmechanismen in stickstoffdotiertem Zinkselenid" (1997-1998).

Цель работы - установление закономерностей и особенностей излучательной рекомбинации при оптическом, электронном и стримерном возбуждении полупроводниковых объемных материалов и тонкопленочных гетероэпитакси-альных и квантоворазмерных структур на основе широкозонных соединений группы А2В6 и разработка физических основ синтеза активных сред для создания активных элементов полупроводниковых лазеров диапазона 0.4-0.6 мкм с задан-,ными характеристиками.

Достижение цели связано с решением следующих задач: - Изучить особенности люминесценции и генерации в активных средах лазеров на основе объемных монокристаллов А2В6, возбуждаемых электронным пучком и примерным разрядом, в зависимости от условий и способов возбуждения и химического состава сред. Установить основные факторы, определяющие выходные характеристики лазеров с электронной накачкой на основе соединений А2В6 в зависимости от отражательных свойств элементов резонатора.

- Установить взаимосвязи структурных, оптических и электрических свойств гетероэнитаксиальных слоев 7п8е, выращенных методом газофазной эпитак-сии из элеменгоорганических соединений (здесь и далее МОУРЕ), с термодинамическими параметрами роста и методами легирования, особенности влияния типа и концентрации донорных и акцепторных примесей на пороги и спектры генерации и пределы температурной стабильности параметров активных сред лазеров на основе этих слоев.

- Изучить влияние температуры, интенсивности возбуждения, концентрации собственных п примесных дефектов на спектры фотолюминесценции гетеро-зпигаксиальиых слоев гиБе и на этой основе установить механизмы тг построить модели рекомбинации, учитывающие строение и состав примесных центров.

- Исследовать люминесцентные и лазерные характеристики при электронной и оптической накачке гетероструктур на основе 7.1Л^88е/Хп8е и ZnSSe/ZnSe с квантовыми ямами, установить основные факторы, определяющие свойства таких структур как активных сред, включая пороги генерации, найти пути их снижения, расширения температурного диапазона генерации, а также исследовать т ермическую и деградационнуто стойкость гетероструктур.

- Установить механизмы рекомбинации, обуславливающие стимулированное излучение и генерацию в исследуемых активных средах на основе г>бьемных кристаллов полупроводников группы А2Вб и их твердых растворов, а также ге-тероэпитаксиальных слоев и квантоворазмерных структур на основе ХпК^йс.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются кристаллы, эпитаксиальные слои и гетероструктуры на основе соединений А2В6 и их твердых растворов, являющиеся активными средами полупроводниковых лазеров. Предметом исследования являются их оптические и электрические свойства, химический состав, структура собственных и примесных дефектов, их связь с режимами роста и легирования, а также спектрами люминесценции и параметрами генерации.

Методы исследования. Основным методом экспериментального исследования была оптическая спектроскопия, включающая получение и анализ спектров фото-, катодо- и стримерной люминесценции, генерации, отражения, поглощения, а также спектров возбуждения люминесценции, в широком интервале изменения температуры и интенсивности возбуждения и в зависимости от параметров технологических процессов роста и легирования материалов. Дополнительными методами исследования служили рентгеновская дифрактометрия, оптическая и элек-

тронная микроскопия, электронно-лучевой микроанализ, масс-спектрометрия вторичного рассеяния ионов, измерение вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик. Для теоретического описания спектров свободных экситонов применялся подход Томаса-Хопфилда. Расчеты параметров электрон-фононного взаимодействия для неводородоподобных центров проводились в рамках метода квантового дефекта с использованием подхода Хуанга-Риса. Для расчетов энергий связи экситонов в квантовых ямах применялся метод дробной размерности. Пространственные конфигурации дефектов и их комплексов с расчетом полной энергии системы и ее оптимизацией определялись с помощью полуэмпирического квантово-механического метода МО ЛКАО в кластерном приближении.

Научная новизна полученных результатов. Все нижеприведенные результаты получены впервые, их новизна заключается в следующем.

1. Показано, что для структур на основе ХпБЗе^гйе основным механизмом передачи возбуждения в активную область при оптической и электронной накачке является оптическое возбуждение неравновесных носителей заряда в квантовых ямах излучением барьерных и обкладочных слоев, а в структурах 2пМ§88е/2п8е возбуждение ям осуществляется за счет амбиполярной диффузии неравновесных носителей заряда и экситонов в область квантовых ям. Установлено, что генерацию удается получить лишь в тех гетероструктурах 2п\^88е/2п8е, где с ростом уровня возбуждения эффект сужения запрещенной зоны преобладает над эффектом заполнения зон. Получена генерация излучения в гетероструктурах 2пМ§88е/2п8е с квантовыми ямами в диапазоне температур от 500 до 612 К при оптической накачке.

2. Обнаружен и исследован эффект увеличения толщины приповерхностного безэкситонного слоя при подсветке и показано, что интерференция света в без-экситонном слое, возникающем в результате действия электрического поля заряженных поверхностных состояний, является основной причиной искажения формы спектров люминесценции свободных экситонов в 2п8е при отсутствии существенных внутренних механических напряжений. Разработана методика восстановления исходной формы полос спектров люминесценции свободных экситонов, искаженных реабсорбцией, самопоглощением и интерференцией света.

3. Обнаружен и исследован эффект перестройки спектров связанных экситонов при термическом отжиге 2п8е:Ы. С помощью полуэмпирического квантовоме-ханического метода МО ЛКАО проведены расчеты пространственной конфигурации дефектных комплексов в 2пБе:Ы и предсказана новая стабильная кон-

фигурация центром Кт5е с расположением соседнего атома 7п в междоузлии. Предложена модель, учитывающая изменение конфигурации примесных центров в процессе решеточной релаксации и объясняющая что перестройку спектров переходом центров из метастабнльпого состояния с симметрией Та, возникающего при низкотемпературном росте, в стабильное состояние с симметрией С3т.

4. Создана модель примесной рекомбинации в 7пЭе, учитывающая делокализа-цию донорных состояний и изменение электрон-фононного взаимодействия в средне- п силытолегнровачшом компенсированном материале, и на се основе обменена форма спектров краевого излучения. Предложен критерий делокали-зации примесных состояний, основанный на расчетах зависимости эффективной массы электрона в регулярной примесной решетке от ее периода. Проведены расчеты параметра взаимодействия электронов с Ш-фононами для случая рекомбинации через неводородоподобные центры с использованием метода квантового дефекта.

5. Установлено, что снижение температуры роста гпБе вызывает переход от

компенсации проводимости собственными дефектами к компенсации мелкими примесями. При этом показано, что снижение температуры эпитаксии при прочих равных условиях ведет к увеличению концентрации неконтролируемых примесей, к частности кислорода, в 7пБе, а основной причиной компенсации дырочной проводимости в 7п5е:1Ч, выращенном методом МО УРН с плазменной активацией легирующей примеси при низких (300-400°С) температурах, является повышенное содержание мелких донорных примесей.

6. Установлено, что основным механизмом вынужденного излучения в исследованных лазерах с электронной накачкой, стримерных лазерах, эпитаксиальных слоях У.пБе и гстероструктурах на основе 2пМя88е/7л58е/7п8е и гиМ^ББе^пБс является рекомбинация в электронно-дырочной плазме, а легирование эпитаксиальных слоев 2пБе донорными и акцепторными примесями приводит к снижению порогов генерации.

Научная значимость полученных результатов заключается в установлении закономерностей и особенностей процессов излучательной рекомбинации в активных средах полупроводниковых лазеров на основе монокристаллов и гете-роэшлаксиальных слоев полупроводников группы А2В6 и их твердых растворов, в том числе структур с квантовым ограничением.

Установленные причины искажения формы спектров люминесценции свободных экситонов и разработанные методы ее восстановления расширяют воз-

можности и повышают достоверность методов экситонной спектроскопии полупроводников.

Впервые разработанная методика расчета параметров электрон-фононного взаимодействия при примесной рекомбинации через неводородоподобные центры, а также созданная модель примесной рекомбинации в компенсированных широкозонных полупроводниках типа гпБе, учитывающая эффекты делокализа-ции мелких донорных состояний и изменение параметров электрон-фононного взаимодействия в зависимости от уровня легирования и степени компенсации, . являются вкладом в физику полупроводников и расширяют существующие представления о механизмах рекомбинации.

Установление механизмов компенсации дырочной проводимости при легировании гетсроэпитаксиальпых слоев 2пЭе акцепторными примесями в процессе низкотемпературного роста методом МОУРЕ является основой разработки технологических методов инверсии типа проводимости в широкозонных соединениях группы А2В6.

Изученные в работе закономерности люминесценции и генерации в объемных кристаллах, эпитаксиальных слоях и гетероструктурах с квантовыми ямами и их взаимосвязь с кристаллофизическими свойствами широкозонных полупроводников и структур на их основе являются вкладом в оптику полупроводников и физику квантоворазмерных систем. Они создают основу для разработки методов управления выходными параметрами полупроводниковых лазеров на основе широкозонных соединений.

Совокупность полученных результатов является решением важной комплексной проблемы: разработки физических основ синтеза активных сред и создания активных элементов полупроводниковых лазеров диапазона 0.4-0.6 мкм с заданными характеристиками на основе соединений группы А2Вб, и представляет собой вклад в развитие физики полупроводников А2В6.

Практическая значимость полученных результатов. Полученные результаты позволили выработать новые требования к чистоте элементоорганиче-ских источников для низкотемпературного процесса МОУРЕ, определить оптимальные режимы эпитаксии для получения ЕпБе с высоким структурным совершенством, малым содержанием примесей и высоким квантовым выходом люминесценции в желаемой спектральной области. Знание конкретных механизмов рекомбинации и факторов, обуславливающих пороги генерации, дает возможность улучшения параметров активных элементов с целью уменьшения порогов, расширения температурного диапазона, повышения выходной мощности и кл.д.,

а также стойкости к деградации. Установленные закономерности отражения све та микрорельефными поверхностями открывают возможности для создания мощных и эффективных лазеров с заданными диаграммами направленности излучения. В ходе работ созданы конструкция стримерного лазера и способы изготовления лазеров с микрорельефными отражателями, защищенные авторскими свидетельствами и патентами 158,59,61-63]. Результаты работы позволили оптимизировать режимы роста структур на основе ZnSe методом MOVPE и создать лазерные гете-роструктуры с рекордными параметрами.

Результаты работы могут найти применение в организациях, занимающимися вопросами физики и технологии выращивания соединений AJB6, а также технологии MOVPE. В Беларуси - это ИФ НАНБ, ИФТТйП НАНБ, НИИРМ. За ее пределами - Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН (Москва), ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН (С.-Петербург), Институт полупроводников HAH Украины (Киев), RWTH Aachen (ФРГ), AIXTRON AG (ФРГ) EPICHEM Ltd (Великобритания). Возможно использование результатов работы в учебном процессе в университетах и других высших учебных заведениях в Республике Беларусь и за ее пределами. Результаты работы являются физическими основами разработки новых технологий для создания современных приборов полупроводниковой квантовой и опто-электроники на основе соединений А2В6.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Метод восстановления исходной формы полос люминесценции свободных экситонов в гетероэпитаксиальных слоях ZnSe/GaAs с толщиной, превышающей суммарную толщину когерентного роста и релаксации напряжений несоответствия, учитывающий совместное влияние на форму спектров эффектов реабсорбции, самопоглощения и интерференции света в приповерхностном безэкситонном слое, а также обнаруженного эффекта увеличения толщины этого слоя в условиях подсветки; вызывающей перезарядку поверхностных центров.

2. Установленный механизм компенсации дырочной проводимости в гетероэпитаксиальных слоях ZnSe:N, выращенных методом газофазной эпитаксии из элементоорганических соединений, обусловленный переходом от компенсации собственными дефектами к компенсации мелкими донорными примесями при снижении температуры эпитаксии с 480-500°С до 300-330°С в результате роста концентрации неконтролируемых примесей в слоях.

3. Модель примесной излучательной рекомбинации в компенсированном ZnSe, легированном акцепторной примесью с концентрацией выше ~1017 см'3, вклю-

чающая переходы между хвостом плотности состояний донорной зоны, возникающей из-за делокализации мелких донорных состояний, и акцепторными уровнями, учитывающая усиление взаимодействия носителей заряда с LO-фононами при переходах между экстремумами потенциального рельефа и объясняющая форму спектров краевого излучения.

4. Модель перестройки примесных центров в ZnSe:N в процессе отжита, включающая термоактивированный переход центров Nse, связывающих экситоны, из метастабильной конфигурации с симметрией Та, возникающей в процессе низкотемпературного роста, в стабильную конфигурацию с симметрией СзУ, и объясняющая изменения экситонных спектров, проявляющиеся в разгорании линий, имеющих красный сдвиг величиной 2-3 мэВ, с одновременным гашением более коротковолновых линий.

5. Установленные закономерности генерации излучения в гетероструктурах с квантовыми ямами на основе ZnMgSSe/ZnSe, включающие возможность получения генерации в структурах с шириной ям более 4 нм, и их интерпретация на основе эффекта сужения запрещенной зоны в результате многочастичных взаимодействий, преобладающего над эффектом заполнения зон с повышением уровня возбуждения.

6. Механизм возникновения вынужденного излучения в гетероструктурах ZnMgSSe/ZnSe, ZnMgSSe/ZnSSe/ZnSe, эпитаксиальных слоях ZnSe/GaAs, лазерах с электронной накачкой и стримерных лазерах на основе объемных кристаллов при температурах выше 77 К, в котором основную роль играют излуча-тельные переходы в электронно-дырочной плазме.

Личный вклад соискателя заключается в выборе направления и постановке задач исследований, анализе и интерпретации результатов, выдвижении и проверке идей и гипотез, а также в непосредственном выполнении основных исследований. Вклад соавторов совместных исследований заключался в отработке режимов при выращивании монокристаллов, эпитаксиальных слоев и структур, обслуживании сложных технологических и экспериментальных установок, участии в разработке элементов программного обеспечения и в совместном обсуждении результатов. В работе используются результаты, полученные лично автором, а также с участием автора в ходе проведения комплексных исследований.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, включенных в диссертацию, докладывались на 40 научных конференциях, в том числе: VIII, IX и X Int. Conf. On Ternary and Multinary Compounds, Kishinev, 1991, Yokogama, 1993, Stuttgart, 1995; VI Всесоюз. Конф. по лазерной оптике, Ленин-

град, 1990; V и VI Всесоюзные школы по физике импульсных разрядов в конденсированных средах, Николаев, 1991, 1993; XIV Междунар. Конф. по когерентной и нелинейной оптике, Ленинград, 1991; Междунар. семинар "Открытые системы -избранные вопросы теории и эксперимента", Брест, 1992; VII Trieste Semiconductor Symposium on Wide-Band-Gap Semiconductors, Trieste, 1992; I and II European Workshop on II-VI Semiconductors, Aachen, 1992, Linz, 1994; VI, VII, VIII и IX Int. Conf. on II-VI Compounds, Newport, 1993, Edinburgh, 1995, Grenoble, 1997, Kyoto, 1999; Int. Conf. "Laser M2P", Lyon, 1993; Intern. Conf. "Advanced Solid State Lasers / Compact Blue-Green Lasers", New Orleans, 1993; VIH and К Int. Conf. On Vapour Growth and Epitaxy, Freiburg, 1994, Vail, 1996; Int. Conf. On Semiconductor Heteroepitaxy, Montpellier, 1995; VIII Int. Conf. On MOVPE, Cardiff, 1996; I и II Межгос. конф. по квантовой электронике, Минск, 1996, 1998; Fruehjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gemeinschaft, Regensburg, 1996; II Белорусско-российский семинар "Полупроводниковые лазеры и системы", Минск, 1997; VIII Biennial Workshop on organometallic vapor phase epitaxy, Dana-Point, 1997; Intern. Conf. "Optics of Excitons in Condensed Matter", St.Petersburg, 1997; Ш Российская конференция по физике полупроводников, Москва, 1997; Int. Conf. CLEO-1998, Scotland, 1998; I and И Int. Symp. On Blue Lasers and Light Emitting Diodes, Chiba,

1996, 1998; Междунар. конф. но лазерной физике и спектроскопии, Гродно, 1993,

1997, 1999; EUROFORM Seminar "Physics of II-VI Compounds and Devices'", Aachcn, 1994, Юбилейная науч.-тех. конф. КрПИ, Бреет, 1996; II-VI-Symp., Boos, 1996; ALMA-Tagungen, Aachen, 1995; VIII Ресн. Конф. молодых ученых по спектроскопии и квантовой электронике, Вильнюс, 1987; Межресп. школа-семинар молодых ученых "Современные проблемы нелинейной оптики и квантовой электроники", Минск, 1988; Symposium der Volkswagen-Stiftung, Regensburg, 1998, XIII Белорусско-литовский семинар "Лазеры и оптическая нелинейность", Минск,

1998, Междунар. конф. МН'ГЦ "Конверсия научных исследований в Республике Беларусь", Минск, 1999. /¡,>-.:.

ОпубликованиосТь результатов. По результатам работы опубликовано 113 научных работ, из них 53 статьи (37 в научных журналах, 1 в научном сборнике, 15 в трудах конференций), 7 авторских свидетельств и патентов, 3 препринта ИФ НАНБ, а также 50 тезисов докладов на конференциях. Без соавторов опубликовано 6 работ 147,48,50,58,67,68]. Общее количество страниц опубликованных материалов составляет 517, из которых автору принадлежат 327.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, восьми глав, заключения и списка литературы, вклю-

чающего 831 наименование. Диссертация содержит 186 страниц машинописного текста, 170 рисунков на 145 страницах и 18 таблиц на 18 страницах. Общий объем диссертации 404 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении и в общей характеристике работы обосновывается актуальность темы диссертации, показывается связь работы с научными программами и темами, сформулированы цель и задачи исследования, даны сведения об объекте, предмете и методах исследования, обосновывается научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту. Приводятся сведения о личном вкладе соискателя, апробации результатов диссертации и их опубликованное™, о структуре и объеме диссертации.

ГЛАВА 1. Полупроводниковые лазеры на основе соединений А2В6. Данная глава является обзорной. В ней сформулированы основные требования к активным средам полупроводниковых лазеров. Приводится обзор и анализ литературных данных по методам выращивания объемных монокристаллов и эпитак-сиальных слоев широкозонных полупроводников группы А2В6. Проанализированы и систематизированы литературные данные (на момент начала работ по теме диссертации) о выходных параметрах и характеристиках полупроводниковых лазеров с электронной, оптической и стримерной накачкой на основе полупроводников А2В6, их активных элементах, резонаторах, диаграммах направленности излучения, а также известные данные об их деградации; Рассмотрены основные механизмы рекомбинации, приводящие к стимулированному излучению и генерации в полупроводниках А2В6, их зависимость от температуры и интенсивности возбуждения. lía основе анализа литературных данных в конце главы сформулирована цель работы я поставлены задачи исследований.

ГЛАВА 2. Применение микрорельефных отражателей в лазерах с электронной накачкой типа "излучающее зеркало". В данной главе представлены результаты исследований спектральных, энергетических, пространственных и временных характеристик полупроводниковых лазеров с электронной накачкой (ПЛЭН) с микрорельефными отражателями в роли элементов резонатора на основе соединений А2В6 и применения этих ПЛЭН для накачки других активных сред.

В начале главы описана методика изготовления ПЛЭН и исследования их оптических характеристик. На основе проведенных исследований разработала конструкция ПЛЭН с микрорельефными отражателями вместо глухих зеркал и

способы изготовления таких ПЛЭН на основе ряда соединений А2В6 и их твердых растворов - Сс18, С<155е, 2п5е, ЕпСсй, Сс1Те, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения и патентами .

Приведены результаты исследования выходных параметров ПЛЭН с микрорельефными отражателями в сравнении с ПЛЭН традиционной конструкции. Применение микрорельефных отражателей вместо глухих плоских зеркал позволяет увеличить выходную мощность и к.п.д. ПЛЭН типа ''излучающее зеркало" при прочих равных условиях в 2-10 раз в зависимости от материала активного элемента. Наибольший эффект - десятикратное увеличение мощности и к.п.д -достигнут на кристаллах сульфида кадмия. Повышение эффективности ПЛЭН достигнуто за счет применения микрорельефа, обладающего, в отличие от традиционных элементов резонаторов, избирательной отражающей способностью в зависимости от угла падения светового пучка на отражающую поверхность. Это позволило эффективно подавлять замкнутые моды, выровнять, плотность излучения в резонаторе, смягчить требования к оптической изоляции-ячеек многоэлементных ПЛЭН, частично или полностью устранить проблему разрушения и отслаивания зеркал.

На основе оценок пороговых концентраций неравновесных носителей заряда установлено, что основным механизмом рекомбинации ъ исследованных ПЛЭН при 300 К и мощностях накачки, превышающих пороговые, является рекомбинация в электронно-дырочной плазме.

Исследованы процессы формирования диаграмм направленности ПЛЭН с микрорельефными отражателями с целью изучения возможностей управления дальним полем их излучения. Использование мдшрорелъефных отражателей в..--общем случае ведет к уширению диаграмм направленности излучения ПЛЭН. В работе дано объяснение обнаруженной многоленестковой структуры диаграмм направленности па основе геометрической оптики и установлены взаимосвязи основных особенностями диаграмм направленности ПЛЭН с формой индикатрисы отражения микрорельефа и хо^р1у1: лучей в резонаторе при возникновении положительной обратпой связи.

Для управления диаграммой направленности ПЛЭН предложено использовать элемент с отражательными свойствами, избирательными по углу падения светового пучка, не только вместо глухого зеркала, но и вместо выходного зеркала лазерного излучателя. _В качестве таких элементов в работе были применены интерференционные фильтры. Применение таких фильтров с коэффициентом отражения, зависящим от длины волны и угла распространения света, в качестве

выходных зеркал ПЛЭН позволяет уменьшить порог генерации и увеличить выходную мощность и к.п.д. ПЛЭН. На примере ПЛЭН с интерференционными фильтрами в качестве выходных зеркал продемонстрирована возможность управления диаграммой направленности ПЛЭН с помощью применения в качестве выходных зеркал покрытий, отражательные свойства которых определенным образом зависят от угла падения светового пучка на поверхность.

Применение микрорельефных отражателей в ПЛЭН позволило за счет повышения плотности выходного излучения до 5 МВт/см2 без дополнительной фокусировки успешно применять их в качестве источников накачки красителей и твердых активных сред, и впервые получить при накачке излучением ПЛЭН генерацию в кристаллах с центрами окраски 1лР(ОН):Р2+, а также УАй:Ш3+, Кдав, Л120з'Лг

ГЛАВА 3. Активные среды стри,мерных лазеров на основе легированных монокристаллов. В третьей главе описаны результаты исследования влияния легирования литием на излучательную рекомбинацию и характеристики стримерных разрядов в 2п0, влияние легирования кислородом, медью и кобальтом на излучательную рекомбинацию и стримерные разряды в а также генерации света при стримерной накачке в монокристаллах 2п8:0,2п0 и С<1Те.

В методической части главы описаны методики возбуждения стримерного свечения и фотолюминесценции. Приведены схемы соответствующих экспериментальных установок.

Изложены результаты по изучению влияния легирующих примесей на условия возникновения и распространения, кристаллографическую ориентацию и .спектры свечения стримерных разрядов в кубических кристаллах гп8:Си, 2п8;А1, г^-Со и гексагональных ZnO•.Li.

В результате исследований спектров низкотемпературной ФЛ монокристаллов 2пО:1л при Т=4.2 К и 77 К установлена корреляция между возникновением в спектрах ФЛ линий связанных экситонов Ь (3.361 эВ при Т=4.2 К) и реализацией оптимальных условий возбуждения стримерных разрядов в монокристаллах, выращенных из газовой фазы и гидротермальным методом.

Установлено, что картина стримерных разрядов в монокристаллах и гпЭе определяется соотношением кубической и гексагональной фаз в этих кристаллах. В полностью кубических кристаллах гпв и гпБе ориентированные разряды в объеме не возбуждаются, что коррелирует со слабой степенью анизотропии тензора нелинейной поляризуемости в сильных электрических полях в этих материалах. Соотношением фаз можно управлять при помощи легирования, вы-

зывая сильное изменение картины разрядов, зависящее от типа и концентрации вводимой примеси. Увеличение доли гексагональной фазы вызывает двухступенчатый переход от 12 эквивалентных направлений <110> к 6 выделенным направлениям <110> в одной из плоскостей типа {111} и затем к 36 направлениям в плоскостях {121}.

Обнаружено селективное воздействие легирования различными примесями (О, Си, А1, Со) на вероятности возникновения разрядов различных типов в|-ез в ZnS и ZnSe, что даст возможность целенаправленного ограничения числа направлений разрядов при помощи легирования. При этом возможна концентрации энергии импульса возбуждения в минимальном числе разрядов с целью повышения мощности и к.п.д. стримерных лазеров.

Установлен механизм рекомбинации, ответственный за появление синей полосы в спектрах краевого свечения монокристаллов ZnS:0. Основные закономерности спектров голубой полосы примесной ФЛ монокристаллов ZnS:0, а именно, сдвиг максимума в коротковолновую сторону уровня возбуждения, возрастание вклада коротковолнового крыла с понижением температуры и ростом уровня возбуждения, пеэлементарная и неэкстюненциальная кинетика затухания, длинноволновый сдвиг спектра в процессе затухания, свидетельствуют о том, что основным механизмом примесной рекомбинации в монокристаллах ZnS:0 является донорпо-акцепторная рекомбинация, модифицированная наличием флуктуации потенциала.

Изучено вынужденное излучение и генерации света в ZnO:Li, ZnS:0, а также CdTe при продольной стримерной накачке. Впервые получено вынужденное излучение в примесном канхте рекомбинации п монокристаллах ZnS:0 при стримерной накачке. Показано, что при высоком уровне легирования, делокали-зации донорных состояний, больших энергиях ионизации доноров и акцепторов и высоком уровне возбуждения, достаточном для экранирования флуктуации потенциала, условия получения инверсной населенности могут выполняться для примесного канала рекомбинации донор-акцептор. Генерация излучения вдоль каналов стримерных разрядов в монокристаллах ZnO:Li. возникает при рекомбинации в плотной электронно-дырочной плазме с концентрацией 4.5"10IS-1.8 10м е.\Г'. Максимум спектра генерации лежит в диапазоне 389-406 нм, энергия в импульсе ~1 нДж, длительность 0.3-:-1 не, мощность генерации 1-г-З Вт. Возбуждены объемные ориентированные разряды с энергией, достаточной для получения генерации, в кубических монокристаллах CdTe. Установлено, что объемные разряды распространяются в направлениях типа <110>. Получена генерация при

продольной накачке стримерными разрядами на длинах волн 839-840 нм, с энергией 1*2.5 нДж, длительностью 0.1+1 не, мощностью 2.5-М 0 Вт.

Оценки концентрации ННЗ в условиях генерации свидетельствуют о том, что генерация во всех описанных случаях кроме примесных переходов возникает при рекомбинации в электронно-дырочной плазме (ЭДП).

ГЛАВА 4. Структура спектров отражения и люминесценции свободных экентонов в эпитаксиальных слоях ZnSe. Экситонная спектроскопия является мощным методом определения энергетической структуры примесных центров в твердых телах. В ряде случаях, однако, наблюдаются неконтролируемые искажения формы экситонных спектров, приводящие к снижению точности и надежности результатов. Неоднозначность рассмотрений и интерпретации структуры полос фотолюминесценции свободных экситонов в ZnSe/GaAs'ведет к неточности в определении положения экситонного резонанса. Это, в свою очередь, ведет к неточности определения энергий связи экситонов на примесях, и, следовательно, к погрешности определения энергий ионизации примесных центров методами экситонной спектроскопии. Для повышения надежности определения параметров энергетического спектра кристаллов необходимо, таким образом, точное знание энергии экситонного резонанса. Поэтому в четвертой главе излагаются результаты выполненных в данной работе экспериментальных и теоретических исследований спектров отражения и фотолюминесценции гетероэпитакси-альных слоев ZnSe/GaAs, выращенных методом MOVPE, проведенных с целью установить физическую причину наблюдаемой структуры спектров и разработать методику надежного определения положения экситонного резонанса, необходимую для идентификации линий связанных экситонов, и для установления энергий ионизации примесных центров.

Изучено влияние толщины слоев, интенсивности возбуждения и температуры на спектры люминесценции и отражения свободных экситонов в гетероэпи-тахсиальных слоях ZnSe/GaAs и в объемных кристаллах ZnSe. Во всех случаях в спектрах эхеитояной ФЛ возникает провал, обуславливающий дублетную структуру спектров. Расстояние между компонентами дублета в спектре увеличивается с ростом температуры, а сам дублет четко наблюдается вплоть до температур порядка 200 К, что не позволяет связать его появления ни с эффектами остаточных термоупругах напряжений, ни с поляритонными эффектами.

Методический параграф посвящен изложению методов расчета и сопоставления формы спектров отражения и люминесценции с экспериментальными данными. Для описания искажений спектров в приповерхностном слое использо-

валась модель отражающего безэкситонного слоя Томаса-Хопфилда, а также модель поглощающего безэкситонного слоя. Расчеты спектров отражения и люминесценции велись для одно- и двухосцилляторной модели, в последнем случае с целью адекватного описания возможного вклада поляритонных эффектов. Использовались граничные условия Пекара и Томаса-Хопфилда. При расчетах учитывалось возможное влияние приповерхностных электрических полей на частоту экситонного резонанса. Во всех использованных моделях не учитывались усложняющие факторы, такие как возможное неоднородное уширение, зависимость экситонного параметра затухания от частоты, температурная зависимость поляризуемости и диэлектрической постоянной, а также анизотропия последней, поскольку, по литературным данным, ошибка, вносимая этими факторами, невелика

Установлено, что основной причиной появления дублетной структуры с провалом на частоте экситонного резонанса в спектрах ФЛ свободных экситонов в образцах гпЗеАЗаАз с толщиной выше 1 мкм является интерференция света в приповерхностном мертвом слое, свободном от экситонов. Определена толщина этого слоя, составляющая 30-40 нм.

Мертвый слой с толщиной Ь»2ап появляется главным образом за счет ионизации экситонных состояний под действием электрического поля приповерхностных состояний, становящихся отрицательно заряженными под воздействием лазерного излучения, используемого для возбуждения ФЛ. Плотность однократно заряженных поверхностных состояний при этом оценивается величиной около 2 10м см"2. Эти состояния могут быть образованы, например, атомами кислорода, адсорбированными па поверхности.

Обнаружено сильное изменение спектров отражения в условиях, когда записываются спектры ФЛ. Это изменение следует учитывать при сопоставлении спектров отражения и ФЛ, в том числе, например, при определении оптических констант. Реальное положение экситонного резонанса может быть определено лишь с помощью детальных расчетов спектров отражения при учете интерференции света в приповерхностном мертвом слое. Этот учет также необходим для расчета спектров ФЛ свободных эксит онов в /п8с.

Положение экситонного резонанса в эпитаксиальных слоях 2п8е/ОаАз с толщиной более 1 мкм достаточно точно (±0.5 мэВ) соответствует значению, известному из литературы для совершенных объемных монокристаллов 2п5е (2.802-2.8025 эВ), хотя наблюдаемый максимум ФЛ может быть не несколько мэВ смещен в длинноволновую сторону от этого значения.

Из экспериментальных спектров ФЛ и отражения 2п8е с помощью их аппроксимации теоретическими кривыми определены значения времени жизни экситонов т=150-200 пс, коэффициента диффузии экситонов Ц=30 см2/с и диффузионной длины L-0.67-0.77 мкм в исследованных образцах. Эти значения находятся в очень хорошем согласии с экспериментальными результатами других авторов, полученных иными методами

Разработанные расчетные методы и процедуры моделирования спектров могут быть использованы дам решения общей для соединений А2Вб задачи - восстановления исходной формы спектров ФЛ свободных экситонов, искаженных реабсорбцией, самопоглощением и интерференцией, в случаях, когда спайковая структура, обусловленная полярнтонными эффектами, а также энергетическое расщепление экситонных состояний, обусловленное влиянием упругих напряжений, не наблюдаются в спектрах отражения.

ГЛАВА 5. Взаимосвязь режимов роста и легирования с оптическими свойствами эпитаксиальных слоев Жпве. В данной главе излагаются результаты, полученные в ходе исследований оптических свойств образцов в процессе оптимизации технологических параметров роста для различных комбинаций элементоорганических источников и методов легирования.

Для получения материала высокого качества, пригодного для создания лазеров, первостепенное значение имеют оптимальные параметры технологического процесса роста и легирования. В случае эпитаксиального роста методом МОУРЕ требуется выбрать оптимальные источники, газ-носитель, температуру и давление в реакторе, соотношение компонентов, соответствующее росту стехиометриче-ского соединения, а при необходимости и режимы пред- и пост-эпитаксиальной обработки. Для изготовления материала п- и р- типа требуется выбрать тип легирующей примеси и ее источники, методику и режимы легирования, провести при необходимости корректировку режимов роста и пост-эпитаксиальной обработки. Выполнение этих операций невозможно без детального исследования свойств выращенных образцов при контролируемом варьировании указанных технологических параметров в широких пределах. Подобные исследования обычно сопровождаются обнаружением новых закономерностей, способствующих установлению взаимосвязи между режимами роста и структурой материала, а также ансамблем дефектов.

Необходимость проведения таких исследований обусловлена также и тем, что, несмотря на значительный объем ранее выполненных работ, невозможно механическое перенесение приемов и параметров роста, оптимизированных,

например, для молекулярно-лучевой эпитаксии, на рост методом МОУРЕ, более того, смсна хотя бы одного из используемых источников или газа-носителя требует проведения заново полной оптимизации всех параметров роста с непрерывным и систематическим контролем характеристик получаемых образцов при вариации каждого из параметров на всех этапах технологического процесса. Одним из наиболее экспрессных, информативных и удобпых перазрушающих методов контроля является анализ спектров фотолюминесценции, являвшийся н данной работе основным методом исследования.

Одной из основных задач оптимизации процедуры роста являлось снижение температуры роста до минимально возможной, чю необходимо для преодоления термоактивированной самокомпенсации. Снижение температур роста от типичных для МОУРЕ значений 500-600°С до 250-350°С требует поиска и подбора новых элементоорганических источников с низкой температурой разложения.

В начале главы 5 описывается методика выращивания эпитаксиальных слоев селенида цинка с помощью технологии МОУРЕ и контроля параметров таких слоев. Приводятся схемы использованных в работе установок для эпитаксии. Обосновывается выбор легирующих примесей и методов легирования. Кратко описываются методы контроля оптических и электрических параметров образцов.

Исследованы вопросы снижения температуры роста селенида цинка методом МОУРЕ. С помощью подбора комбинации элементоорганических источников удалось снизить температуру роста гетероэпитаксиальных слоев 2п8е/ОаАя с Х-480-500°С до Т=300-330"С, что находится ниже теоретических оценок пороговых температур активации процессов самокомпенсации. Найдено, что среди использованных комбинаций элементоорганических источников оптимальной для низкотемпературного роста является комбинация диметилцинк-триэтиламин + яптерциабутилселенид. Установлена опгщ!альная пропорция этих компонент в газовой фазе (УП/1Ы),2) в процессе эпитаксии при низком давлении, позволяющая выращивать образцы с низкой концентрацией глубоких центров самоактивированного свечения.

С помощью методов оптической спектроскопии наряду с масс-спектрометрией вторичных рассеянных ионов показано, что снижение температуры роста ведет к одновременному увеличению степени загрязнения эпитаксиальных слоев неконтролируемыми примесями из газовой фазы. В частности, сильно возрастает концентрация примесей, изовалентных селену, таких как кислород и теллур. Наиболее вероятной причиной является уменьшение термоде-

сорбции этих примесей с поверхности при снижении температуры роста. Наиболее опасными загрязнителями являются примеси, изовалентные компонентам решетки, например, кислород и теллур, что позволяет этим примесям легко встраиваться в кристаллическую структуру. Примесь кислорода, являясь химически агрессивной, способна встраиваться в решетку в концентрациях порядка 1018см"3. Для снижения неконтролируемого загрязнения необходимо повышение стандарта чистоты используемых элементоорганических соединений.

Изучены взаимосвязи квантового выхода краевой фотолюминесценции при комнатной температуре и ниже ее с режимами эшпаксиального роста с целью оптимизации последних для получения слоев с максимальной излучательной эффективностью. Исследованы спектры ФЛ образцов 2п8е, выращенных в интервале температур То=300-600°С, их зависимость от температуры и интенсивности возбуждения, а также квантовая эффективность краевой ФЛ. Установлена корреляция между положением максимума полосы излучения ЭДП при Т=300 К и интенсивностью ФЛ образцов и на этой основе проведены оценки времени жизни НТО т и квантового выхода ФЛ П-' т=10"9-10'ис, г|=0.1-ь0.001 %. Показано, что значение т\ падает с уменьшением толщины слоев, при То>500°С, при отклонении состава Ъг&е от стехиометрического. Найден оптимальный интервал температур роста для получения высокого квантового выхода краевой ФЛ: Тр=330-360°С для комбинации источников диметилцинк-триэтиламин + дитерциабутил-селекид.

Изложены результаты изучения зависимости оптических свойств легированных слоев ХпБс от режимов и способов легирования. Легирование проводилось (1) в процессе роста методом плазменной активации газообразного азота а также из элемептоорганичсских источников; (2) методом ионной имплантации с последующим быстрым термически,« отжигом. Исследованы спектры ФЛ элитак-сиальных слоев 2л8е:М, легированных в процессе роста с плазменной активацией и из элементоорганических источников. Для уменьшения влияния водородной пассивации разработана специальная технология дельта-легирования, впервые примененная для роста 7п&'е:М методом МОУРЕ, а также осуществлен рост в атмосфере азота. Установлено, что замена газа-носителя не приводит к существенному ухудшению излучательных свойств слоев гп8е:Ы. Данные оптической спектроскопии и масс-спектрометрии вторичных рассеянных ионов в образцах 2пЭе:М свидетельствуют об увеличении концентрации внедренного азота при снижении температуры роста, при увеличении скорости прокачки азота и при увеличении мощности газоразрядной плазмы в активаторе азота. Несмотря на то,

что концентрация азота достигает 1018см"3 и более, образцы остаются сильно компенсированными. Применение дельта-легирования и азота-носителя не дало преимуществ по сравнению с однородным легированием, что свидетельствует об основной роли неконтролируемых примесей донорного типа н процессе компенсации проводимости, а также о том, что основным источником примеси водорода являются сами элементоорганические источники, а не газ-носитель.

Исследовано влияние быстрого термического отжига (БТО) на свойства эпитаксиальных слоев гпБе, легированных методом ионной имплантации. Проведены исследования спектров ФЛ в зависимости от температуры и длительности отжига с целтло определения оптимальных режимов отжига и материала защитных покрытий. Наилучшие результаты показали покрытая из пиролитически осажденной двуокиси кремния. Изучено влияние быстрого термического отжига на спектры краевого и примесного свечения эпитаксиальных слоев 2п8е, легированных примесями Н, Оа, С, 81, Аз, К, О, Те, С1 методом ионной имплантации и в ряде случаев в процессе роста. Показано, что имеются два температурных интервала отжига: низкотемпературный (Т<600°С) когда происходит отжиг безызлуча-тельиых центров, приводящий к увеличению интенсивности всех наблюдаемых компонент спектра, и высокотемпературный, когда происходит изменение спектрального состава излучения за счет формирования комплексных дефектов (излучающих в районе 2.1 эВ) за счет распада других комплексов, ответственных за появление полосы 2.3 эВ. Установлено, что экстракция Хе из образцов увеличивает интенсивность полосы свечения глубоких центров 1.9 эВ, а экстракция Zn -полосы 2.1 эВ, что позволяет связать эти полосы рекомбинации с дефектами, включающими Узе и У7.„, соответственно. Анализ спектров ФЛ и данных электрических измерений показал, что термообработка не приводит к экстракции загрязняющих примесей из образцов, а ведет лишь к их перераспределению без существенного улучшения электрических параметров образцов.

Дан сравнительный анализ фотолюминесцентных свойств нелегированных и легированных азотом эпитаксиальных слоев гпБе, выращенных по технологии МОУРЕ и молекулярно-пучковой эпитаксии (МВЕ) - единственной технологии, позволяющей получать низкоомный материал р-типа и создавать инжекнионные лазеры на основе 2п8е. Обнаружено, что в образцах, вьтращеппых методом МОУРЕ, передача возбуждения в канал донорно-акцепторной рекомбинации осуществляется по двум каналам: непосредственно из зоны проводимости (захват свободных электронов на донорный центр) и посредством распада Ь - экситонов. При этом электрон, остающийся захваченным на донорный центр, участвует

затем в рекомбинации с дыркой на акцепторе. Это свидетельствует о том, что в формировании линии Ь- 1г и полосы Д-А рекомбинации участвуют одни и те же донорные центры. Механизм передачи возбуждения в канал Д-А-рекомбинации в образцах, выращенных методом МВБ, имеет отличия: наряду с захватом свободных электронов на донорный уровень наблюдается передача возбуждения через свободные экситонные состояния (что не зарегистрировано в образцах, выращенных методом МОУРЕ, несмотря на присутствие в их спектрах полосы аннигиляции свободных экситонов), а также путем распада связанных экситонов типа I] с удержанием захваченной дырки на акцепторном центре. Таким образом, несмотря на сильное внешнее сходство спектров Д-А-рекомбинации, имеют место различные механизмы передачи возбуждения в эти каналы, в зависимости от технологии роста и легирования образцов.

Сравнительный анализ спектров ФЛ пелегированных и легированных азотом образцов 2п8е, выращенных методами МВЕ и МОУРЕ, показал, что основными отличиями образцов, выращенных по технологии МВЕ, являются 1) более низкая концентрация мелких донорных центров и 2) наличие глубоких донорных центров в легированных образцах 2п8е:Тч[, не проявляющихся в люминесценции 2пЭе, выращенного методом МОУРЕ. Это подтверждает необходимость дальнейшего снижения концентрации мелких донорных примесей в 2п8е, как основной причины компенсации дырочной проводимости в гпБе, выращенном методом МОУРЕ.

В конце главы приведены результаты опытов по легированию селенида цинка сурьмой. Эти опыты проводились вследствие больших трудностей при получении материала р-типа при легировании глве азотом в процессе МОУРЕ. Впервые осуществлен низкотемпературный рост гпБе^Ь методом МОУРЕ при Т=330°С и исследованы спектры ФЛ этих образцов. Установлено, что легирование 8Ь приводит к появлению полосы рекомбинации зона проводимости - акцептор 2.75 эВ в спектрах низкотемпературной ФЛ. Оценки энергии ионизации акцептора, сделанные по спектральному положению полосы рекомбинации, по ее температурному тушению и положению линии связанного экситона 1ь совпадают между собой и равны 65 мэВ, что значительно ниже энергии ионизации азотного акцептора (110 мэВ). Данные спектров ФЛ и результаты измерения ВАХ тестовых диодных структур на основе гпБегБЬ свидетельствуют о наличии как минимум высокоомяой проводимости р-типа в гпЗе.-БЬ.

ГЛАВА 6. Механизмы излучательной рекомбинации и структура примесных цептров в гп8е. Одним из необходимых шагов при выяснении при-

роды центров, модифицирующих нежелательным образом оптические и электрические свойства материала (в данном случае 2п8е), является установление механизмов рекомбинации через эти центры и построение соответствующих моделей. Для установления механизмов излучателыюй рекомбинации необходимо исследование соответствующих полос люминесценции с целью их адекватной интерпретации. Другим перспективным методом является построение пространсшенно-"шергегических моделей таких центров с использованием современных вычислительных методов и сопоставление параметров модельных центров с эксперимен-1альиыми данными об энергетической структуре, полученными с помощью спектроскопии. В главе б приводятся результаты исследований различных полос рекомбинации в 2п8е:М в целенаправленно варьируемых внешних условиях и при изменяемых параметрах возбуждения, имевших целью получение дополнительной информации для интерпретации полос и в конечном итоге выяснение механизмов рекомбинации.

Установлена природа полос краевого излучения образцов 2п8с.М, легированных с применением триаллиламина. Показано, что механизмом рекомбинации, приводящей к возникновению широкой В-полосы излучения, возникающей на месте линии аннигиляции ^-экситоиа, являются переходы из донорной мини-зоны, перекрывающейся с зоной проводимости, в валентную зону. Для объяснения краевых спектров исследованных образцов 2п8е:Ы предложена схема переходов, включающих рекомбинацию из донорной мини-зоны и глубоких донорных уровней на акцепторные состояния примеси кислорода и в валентную зону. Данные оптических спектров находятся в соответствии с результатами электрических измерений, а также с данными других авторов, полученными позднее независимо.

Экспериментально показано, что общими закономерностями изменений спектров краевого излучения 2п8е:К с ростом уровня легирования, уменьшением интенсивности возбуждения и увеличением времени высвечивания является уши-рение компонент спектра, их сдвиг в длинноволновую область, увеличение относительной интенсивности Ш-реплик.

Приведена разработанная методика расчета параметра электроп-фононного взаимодействия (фактора Хуанга-Риса) для рекомбинации с участием примесных центров с произвольной энергией ионизации в рамках метода квантового дефекта. Данный метод позволяет проводить расчеты для центров, отличных от водородо-подобных и имеющих распределение зарядовой плотности захваченного носителя, близкое к сферически симметричному. Впервые проведены расчеты параметра взаимодействия электронов с ЬО-фононами при рекомбинации зона-акцептор и

донор-акцептор в 2п8е для неводородоподобных центров. Полученные результаты позволяют объяснить форму полос краевого излучения в 2п8е:Н, 2пЗс:0, гп8е:8Ь.

Рассмотрено влияние эффекта делокализации донорных состояний на механизмы рекомбинации в /Ме. Предложен количественный критерий перехода от рекомбинации донорно-акцепторных пар к рекомбинации донорная зона-акцептор, основанный на расчетах зависимости эффективной массы электрона в регулярной примесной решетке от ее периода. Определены критические концентрации донорных примесей для такого перехода в зависимости от их энергий ионизации. На основе рассмотрения модели рекомбинации донорная зона - акцепторный уровень показано, что при рекомбинации донорная зона - акцептор возможен коротковолновый сдвиг полосы излучения на несколько мэВ с ростом уровня возбуждения, обусловленный эффектом заполнения донорной зоны. Учет указанных эффектов позволяет объяснить закономерности краевого излучения образцов 2п8е:К со средним уровнем легирования.

Рассмотрение эффектов релокализации донорных состояний в сильнолегированных компенсированных образцах 2п8е:Ы и механизмам формирования широких полос краевого излучения с сильной зависимостью положепия максимума от интенсивности возбуждения в таких образцах показало, что совместный учет влияния флуктуаций потенциала, формирования донорной зоны и роста параметра электрон-фононного взаимодействия позволяет непротиворечиво объяснить формирование спектров краевой ФЛ в сильнолегированном компенсированном 2п8е:Ы и зависимость их формы от температуры, интенсивности возбуждения, времени высвечивания и уровня легирования. Предложена соответствующая модель рекомбинации.

В конце главы изложены результаты изучения обнаруженной в работе перестройки экситонных спектров в ¿л8е.^ в процессе отжига и моделирования структуры примесных центров в 5Ь8е с помощью полуэмпирического квантово-механического метода МО ЛКАО. Методами оптической спектроскопии и масс-спектрометрии вторичных рассеянных ионов показано, что причинами перестройки спектра не могут быть влияние остаточных механических напряжений, сдвиг зоны или распад комплексов N-11.

Проведены расчеты пространственной конфигурации примесных центров в гпЗегИ с помощью полуэмпиричесхого метода МО ЛКАО в кластерном приближении. Установлена невозможность образования комплекса Игл-^е, вместо которого формируется молекула N2 в дивакансии. Показана возможность сутцествова-

ния новой устойчивой конфигурация центра Nse с симметрией СзУ. Конфигурация Nsc с симметрией Та может быть при определенных условиях метастабильной.

11а основе расчетов потенциального рельефа перехода Та-»Сзу и оценок зависимостей концентраций дефектов обоих типов от времени и температуры отжига предложена модель, согласно которой изменения спектров люминесценции вызваны термоактивированным переходом дефектов Nst из стабильного состояния с симметрией 'I'd, формирующегося в процессе низкотемпературного роста, в стабильное состояние с симметрией СзУ в процессе отжига.

ГЛАВА 7. Лазерное излучение нелегированных и легированных эни-таксиальных слоев ZnSe. В данной главе приводятся результаты исследований генерации в нелегированных и легированных донорной и акцепторной примесями эпитаксиальных слоях ZnSe, выращенных методом MOVPE, с целью выяснения влияния технологии роста и легирования на лазерные параметры однородных эпитаксиальных слоев.

В начале главы кратко изложена методика возбуждения образцов электронным пучком и лазерным излучением с целью получения генерации, а также методика регистрации получаемого лазерного излучения.

Приводятся результаты исследования лазерного излучения нелегированных эпитаксиальных слоев ZnSe, а также слоев ZnSe, легированных акцепторной (К) и донорной (С1) примесью, при возбуждении электронным пучком. Получена и исследована генерация света при комнатной температуре в эпитаксиальных слоях ZnSe:Cl и ZnSe:N при импульсном возбуждении электронным пучком с энергией 200 кэВ, длительностью 1.5 не. Энергия излучения была Е—0.31 мкДж при 1ЕОзб=26 МВт/см2, а мощность генерации 0.1 кВт при 1ВОТ6=100 МВт/см2. Линии генерации в ZnSe:Cl и ZnSe:N (>.=474.5-475.6 нм) сдвинуты в сторону более низких энергий по отношению к лазерному излучению нелегированных слоев (>.=472.5-473.2 нм в различных образцах при разных 1ВЮб)- Минимальное значение порога генерации составляло 1.0-1.5 МВт/см2, а полуширина линий излучения была 1.0-1.7 нм.

Описаны результаты изучения генерации эпитаксиальных слоев ZnSe. ZnSe:N и ZnSeiCl при импульсном оптическом возбуждении. Получено и исследовано лазерное излучение в нелегированных, а также легированных азотм и хлором эпитаксиальных слоях ZnSe при импульсном оптическом возбуждении излучением азотного лазера с частотой 1000 Гц в диапазоне температур от 78 К до 270 К. Наибольшие значения энергии и мощности лазерного излучения ZnSe составили Е=5'10"8 Дж и Р=5 Вт при 1,юв=800 кВт/см2. Как и в случае возбуждения

электронным пучком, положепне линии генерации в образцах 2п8е:С1 (7.=450.7 нм) и гпЭе^ ((>.=451.2; 451.5; 452.2 и 455.5 нм при различных 1ВОЗб) сдвинуто в длинноволновую сторону по сравнению с нелегированными образцами ХпБе (\=449.8 нм). Полупшрина линий генерации составляла 0.5-5-1.3 нм.

Показано, что легирование 2п8е как донорными, так и акцепторными примесями ведет к увеличению квантового выхода краевой ФЛ и уменьшению порога генерации в несколько раз по сравнению с нелегированными образцами, как при оптическом, так и при электронном возбуждении. При этом уменьшение порога наблюдается как в низкоомных, так и в высокоомных сильно компенсированных образцах. Снижение порога можно объяснить увеличением времени жизни ННЗ вследствие уменьшения концентрации безызлучательных центров, вызванного легированием. Дополнительной причиной снижения порога при оптическом возбуждении может быть уменьшение подвижности ННЗ в легированных образцах, из-за чего снижается длина амбииолярной диффузии и скорость расширения электронно-дырочной плазмы, что, в свою очередь, ведет к увеличению концентрации ННЗ в возбуждаемой области при прочих равных условиях.

Спектральное положение лазерных линий, а также оценки концентрации ННЗ показывают, что во всем интервале температур я 1В03б выше порога основными механизмом рекомбинации, приводящим к возникновению лазерного излучения, является рекомбинация в электронно-дырочной плазме с концентрацией порядка 51017ч-1019 см"3 в зависимости от интенсивности накачки. Впервые наблюдалось лазерное излучение в примесном канале в сильнолегированных образцах ггЙегМ, при Т=78 К на длине волны 455.5 нм, при этом наиболее вероятным механизмом рекомбинации являются переходы зона проводимости - акцептор.

Исследовано дальнее поле излучения лазеров на основе однородных эпи-таксиальных слоев /пЯе и показано, что усиление света может иметь место как в резонаторе Фабри-Перо, так и по схеме однопроходовой генерации при зигзагообразном распространении лучей без обратной связи, при этом в последнем случае порог генерации, как правило, ниже.

Изучено воздействие излучения азотного лазера на люминесцентные свойства эпитаксиальных слоев Zn.Se. Обнаружено, что при 1возе>300 кВт/см2 происходит уменьшение интенсивности ФЛ под воздействием световых импульсов, а также происходит деградация лазеров с оптической накачкой. При 1вшв<300 кВт/см2 происходит увеличение интенсивности лазерного излучения от импульса к импульсу. Расчеты показали, что при интенсивном оптическом возбуждении возникает существенный температурный градиент в активной области, способный

вызвать термоупругие напряжения до 107 Н/м2, в результате которых возможна генерация дефектов и деградация. Увеличение интенсивности излучения при относительно небольших 1Еозв может быть следствием перемещения точечных дефектов и дислокаций из активной области в результате экранирования кулонов-ского взаимодействия между ними неравновесными носителями заряда. .

Рассмотрены эффекты расширения и перирепа. электронно-дырочной плазмы (ЭДП) и их связь с иорогами генерации. Показано, что эффект расширения ЭДП оказывает существенное влияние на пороги генерации и диаграммы направленности лазерного излучения эпитаксиальных слоев ZnSe/GaAs при оптическом возбуждении. В нелегированных слоях происходит насыщение концентрации ЭДП при 1ВШб^200 кВт/см2. Снижение порога генерации возможно при применении барьерных слоев между слоем ZnSe и подложкой из GaAs, имеющих большую, чем ZnSe, ширину запрещенной зоны и создающих барьер как в зоне проводимости, так и в валентной зоне. Расширению плазмы препятствует также сильное легирование, снижающее подвижность носителей заряда.

По форме и спектральному положению разрешенных во времени спектров ФЛ оценит эффективная температура ЭДП и средняя величина перегрева возбужденной области. Эффективная температура ЭДП при внешней температуре 78 К не превышает 100-120 К во всем интервале использованных 1В03б, а средний перегрев активной области за импульс составляет 10-15 К, в то время как перегрев приповерхностного слоя может быть гораздо выше (до 150 К), даже выше, чем эффективная температура ЭДП.

Данные оптической спектроскопии свидетельствуют о том, что использование азота вместо водорода в качестве газа-носителя в технологии MOVPE не влияет существенным образом на пороги генерации в эпитаксиальных слоях ZnSe при комнатной температуре. Гораздо больший эффект может быть вызван легированием или применением барьерных слоев. Это свидетельствует о принципиальной применимости азота в качестве газа-носителя в MOVPE с целью уменьшения водородной пассивации акцепторных центров.

Необратимые уменьшения интенсивности ФЛ эпитаксиальных слоев ZnSe. ZnSetCl, ZnSe:N наблюдаются при температурах 575 К для ZnSe и ZnSe:Cl и 500 К для ZnSe:N. Таким образом, как нелегироваиные, так и легированные чпитакси-альные слои имеют запас по рабочей температуре как минимум на 200°С выше комнатной, что можно считать достаточным для практического применения этих материалов в качестве активных сред лазеров.

ГЛАВА 8. Лазерное излучение и оптические свойства гетероструктур с квантовыми ямами на основе гпвве и ХпЛ^вве. В этой главе изложены результаты исследований люминесценции и генерации при электронном и оптическом возбуждении гетероструктур с квантовыми ямами (КЯ) на основе трехком-понентных систем УпБе/ХпБЦс и четырехкомпонентных систем ТпМдБЗе, выращенных методом МОУРЕ, для оптимизации параметров гетероструктур и условий роста, с целью повышения эффективности лазерных излучателей па их основе.

В начале главы излагаются результаты изучения фото-, катодолюминес-цепции и стимулированного излучения гетероструктур с КЯ на основе тройной системы 2п8Эе. Исследование катодошоминесценции позволяет получать разрешенную по глубине информацию об излучательных свойствах структур, варьируя энергию возбуждающего электронного пучка. Установлено, что основным каналом возбуждения активных областей в исследованных структурах на основе 2п88е/2п8е при оптическом и электронном возбуждении и Т<80 К является оптическое возбуждение излучением обкладочного и волноводного слоев. Возбуждение путем диффузии подавлено из-за наличия флукгуаций потенциала, захватывающих ННЗ и экситоны при низких температурах, что сильно уменьшает эффективность возбуждения активных областей. Хотя в спектрах излучения наблюдались линии, которые могут быть интерпретированы как вынужденное излучение при экситон-экситонном рассеянии, порог генерации в структурах на основе 2п88е слишком высок. Для повышения эффективности гетероструктур необходимо применение соединений 2а^88е, позволяющих выращивать ненапряженные гетероструктуры с КЯ большей глубины.

Описаны результаты исследования люминесценции и генерации гетероструктур на основе гп]У^88е/2п88е/2п8е при оптическом и электронном возбуждении. Проведенные расчеты энергий связи экситонов в КЯ на основе таких систем показали, что увеличение энергии связи за счет эффектов размерного квантования невелико. Это не позволяет рассчитывать на термическую стабильность экситонов при комнатной температуре.

Исследования показали, что применение обкладочных решеточно-согласованных слоев ZnMgSSe наряду с оптимизацией толщины слоев и применением буферных слоев гпБе улучшает структурное совершенство всех слоев и приводит к смене механизма возбуждения активных областей (КЯ). В гетерост-руктурах на основе ХпК^88е//п8е и йЛ^ЗБе/гпЗЗе/гпЗе возбуждение активных областей осуществляется при оптической накачке путем диффузии ННЗ или экситонов из области возбуждения в область КЯ, что повышает излучательную эффек-

тивттостт, структур. При низких температурах, однако, наблюдается захват части НПЗ и экситонов флуктуаниями потенциала в обкладочных и барьерных слоях с последующей рекомбинацией. Средняя величина флуктуации потенциала в обкладочных слоях порядка 12 мэВ.

Приведено описание результатов исследований ФЛ и генерации двойных гетероструктур, гетероструктур с раздельным ограничением (ГРО) с одиночными КЯ (ОКЯ) и серией КЯ (СКЯ), а также гетероструктур с раздельным ограничением и градиентом показателя преломления (ОЫ№СН), у которых все слои кроме КЯ выполнены полностью на основе четверпого соединения ХгЛ^Эе. Изучалась зависимость спектров ФЛ и порогов генерации от ширины КЯ. Обнаружена корреляция между характером сдвига полос ФЛ из КЯ в зависимости от интенсивности накачки и возможностью получения генерации. В зависимости от преобладания эффекта заполнения зон (в узких КЯ) или перенормировки ширины запрещенной зоны (в более широких) наблюдается соответственно коротковолновых или длинноволновый сдвиг полосы ФЛ с ростом 1в. В исследованных структурах с КЯ на оспове 2п8е/2пМд88е имевших ширину КЯ Ъ/<-\ нм., где наблюдается коротковолновый сдвиг, получить генерацию не удалось.

Исследована ФЛ и генерация в ДГ, ГРО-ОКЯ и СМЫвСН-структурах на основе 7лМв85е/2п8Яе//л8с и /лМяЗЯе/гпЗе. Генерация в ГРО-ОКЯ и ГРО-СКЯ получена в интервале температур от 78 до 612 К. Температуры 500-612 К являются рекордными для данного класса соединений. Пороги генерации составляли 1020 кВт/см2 при Т=78 К и 25-30 кВт/см2 при Т=300 К. Определены внутренние лазерные параметры ряда гетероструктур. Низкие значения порогов и высокие (170-210 К) характеристические температуры свидетельствуют о высоком качестве гетероструктур. Этого удалось добиться применением оптимизированной (на основе результатов предыдущих разделов данной работы) технологии МОУРЕ и использованием новых элементоорганических источников, позволяющих выращивать слои с содержанием Б и до 50 % и более.

Установлены механизмы рекомбинации, ответственные за появление стимулированного излучения и генерации в исследуемых гетероструктурах. Проведенные эксперименты но изучению люкс-интенсивных характеристик исследуемых образцов в геометрии "на отражение", когда лазерное излучение не регистрируется, показали, что основным механизмом усиления и генерации в гетероструктурах на основе 2п1У^88е/2п88е/2п8е и 2п)^88е/2п8е с КЯ в диапазоне температур 77-612 К является рекомбинация в электронно-дырочной плазме, что подтверждается эволюцией формы спектров ФЛ с ростом уровня накачки. Экситон-

ные механизмы рекомбинации сменяются рекомбинацией в ЭДП при уровнях накачки от сотен Вт/см2 до нескольких кВт/см2 в зависимости от температуры. Эти уровни возбуждения значительно ниже порогов генерации.

При повышении температуры выше 450-470 К происходит необратимое уменьшение интенсивности ФЛ КЯ и резкий рост порога генерации. Установлено, что при высоких температурах происходит изменение состава слоев структур, что проявляется в длинноволновом сдвиге полос ФЛ барьерных и обкладочных слоев и коротковолновом сдвиге полос люминесценции и генерации, по-видимому, в результате диффузии и Б из барьеров и обкладочных слоев в область КЯ.

Обнаружен эффект отжига дефектов лазерным излучение в гетеро-структурах на основе ТлК^ЗЭе^пЯе, приводящий к увеличению интенсивности ФЛ и генерации из КЯ. Показано, что этот эффект наблюдается только при наличии собственного лазерного излучения гетероструктуры. Эффект отжига может быть вызван фотостимулированными реакциями дефектов между собой. Рост интенсивности ФЛ и генерации можно объяснить, например, заполнением вакансий в подрешетке металла атомами магния.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований, проведенных в соответствии с целью и задачами работы, разработаны физические основы синтеза активных сред на основе широкозонных соединений группы А2В6 и создания активных элементов полупроводниковых лазеров сине-зеленого диапазона.

Основные результаты и выводы работы можно сформулировать следующим образом:

1. Исследованы отражательпые свойства новых элементов резонаторов полупроводниковых. лазеров с электронной накачкой типа "излучающее зеркало" -микрорельефных отражателей, формируемых на поверхности активных элементов методом избирательного химического травления и позволяющих при замене ими глухих зеркал на основе напыленных покрытий увеличить выходную мощность и к.п.д. излучателей в 2-10 раз с одновременным увеличением стойкости к катастрофической деградации за счет подавления замкнутых мод и выравнивания плотности излучения в резонаторе. Установлена форма индикатрисы отражения микрорельефных поверхностей излучателей лазеров на СсШЗе и на этой основе предложены схемы возникновения обратной связи при многократных переотражениях излучения на гранях пирамид микрорельефа, объяс-

няющие наблюдаемую структуру диаграмм направленности выходного излучения лазеров с микрорельефиыми отражателями [13-16,18,48,51-53,56,59,61-63].

7. В результате исследований влияния легирующих примесей и условий возбуждения па возникновение, распространение, кристаллографическую ориентацию и спектры свечения стримерных разрядов в кристаллах 2п8:Си, 2п8;0, 2пВ:Л1, ?.п8:Со, 7мО:1л, СМТе, 2пЭе установлено, что вид звезды стримеров в и ZnSe определяется соотношением кубической н гексагональной фаз, а также соотношением постоянных решетки в гексагональпой установке, которыми можно управлять с помощью легирования примесями, ионные радиусы которых отличаются от таковых для элементов, образующих кристаллическую решетку. Это дает возможность целенаправленной концентрации энергии импульса возбуждения в минимальном числе разрядов с помощью легирования для повышения к.п.д. и мощности стримерных лазеров. Впервые получено вынужденное излучение в примесном канале рекомбинации при стримерной накачке кристаллов ZnS:0 и оптической накачке эпитаксиальных слоев 7п8е:Ы [7,8,10-12,17,19,35,54,55,57,58,67,68].

3. Показано, что основной причиной искажения спектров люминесценции свободных экситонов в гстероэиитакеиальных слоях гпЭе/ОаАз с толщиной, превышающей суммарную критическую толщину когерентного роста и релаксации напряжений несоответствия, является интерференция света в безэкситон-ном слое вблизи поверхности, имеющем толщину, значительно превышающую размеры экситонов. Исследован эффект увеличения толщины безэкси тонного слоя при внешней подсветке и предложена модель, согласно которой причиной эффекта является перезарядка поверхностных состояний, создающих область электрического поля, ионизирующего экситоны. Разработана методика, позволяющая пугем моделирования формы спектров экситонного отражения и люминесценции с учетом эффектов реабсорбции, самопоглощения и интерференции света восстановить исходную форму спектров люминесценции, оценить плотность поверхностных состояний, определить толщину безэкситонного слоя, коэффициент диффузии и время жизни экситонов, уточнить положение экситонного резонанса и тем самым снизить величину ошибок в определении энергий связи экситонно-примесных комплексов и энергий ионизации примесей по спектрам люминесценции [41,44].

4. Установлены взаимосвязи оптических, структурных и электрических свойств гетероэпитаксиальных слоев ХпБе/ОаАз с режимами роста, легирования и пост-эпитаксиальной термообработки. В частности, показано, что по положению

максимума полосы излучения электронно-дырочной плазмы можно оценить эффективные времена жизни неравновесных носителей заряда и квантовый выход люминесценции, а максимальной интенсивностью краевой люминесценции обладают слои, выращенные при температурах 340-360°С. На основе установленных закономерностей проведена оптимизация режимов роста и легирования в процессе газофазной эпитаксии из элементоорганических соединений для получения максимальной интенсивности краевой люминесценции, что позволило синтезировать эпитаксиальные слои и структуры, качество которых удовлетворяет требованиям к материалам квантовой электроники [20,22,24-26,30-32,34,45].

5. В результате применения элементоорганических источников с низкими температурами разложения снижена температура роста 2п8е методом МОУРЕ от 480-500°С до 300-330°С, что ниже теоретических оценок пороговых температур генерации собственных дефектов в соединениях А2В6. Впервые осуществлены низкотемпературный рост ХпЭс-.ЗЬ и дельта-легирование 2пЗе:Н методом газофазной эпитаксии из элементоорганических моединений. Показано, что снижение температуры роста ведет к смене механизма компенсации проводимости, обусловленной увеличением концентрации неконтролируемых примесей из источников, в частности, кислорода, в слоях, что резко повышает требования к чистоте исходных веществ для низкотемпературного роста. Сравнительный анализ спектроскопических данных показал, что основной причиной компенсации дырочной проводимости в 2п8е:Ы, выращенном вышеуказанным методом, является повышенная концентрация неконтролируемых мелких до-норных примесей [20,22,25,30,32,34].

6. Установлена общность закономерностей изменений формы спектров краевой люминесценции 2пЗе:М с ростом уровня легирования, уменьшением уровня возбуждения и увеличением времени высвечивания, проявляющихся в ушире-нии полос, их длинноволновом сдвиге и увеличении вклада ЬО-фононных повторений. Разработана методика вычисления параметра электрон-фононного взаимодействия для рекомбинации через неводородоподобные примесные центры в рамках метода квантового дефекта. Предложены критерий делокализа-ции примесных состояний, основанный на расчетах зависимости эффективной массы электронов в регулярной примесной подрешетке от ее периода, и модель рекомбинации, учитывающая влияние флуктуаций потенциала, формирование донорной зоны и рост параметра электрон-фононного взаимодействия при увеличении степени компенсации, позволяющая непротиворечиво объяснить

форму спектров краевой люминесценции средне- и сильнолегированного 2п8е:\т и наблюдаемые экспериментальные закономерности [24,3032,34,47,49,50].

7. Обнаружен и исследован эффект перестройки спектра связанных экситоков при термическом отжиге 2п$е:КГ. Проведены расчеты пространственной конфигурации примесных центров в 2п8е:М в кластерном приближении с помощью полуэмпирического квантово-механического метода МО ЛКАО. Установлена возможность существования новой устойчивой конфигурации центра

с симметрией СзУ и метастабильный характер центра с симметрией Т^, что позволяет установить взаимосвязь между перестройкой спектров и изменением структуры примесных центров. На этой основе предложена модель, согласно которой перестройка спектра в процессе отжига вызвана термоактивированпым переходом центров из метастабильной конфигурации, возникающей при низкотемпературном росте, в стабильную [26,36].

8. Получено и исследовано лазерное излучение при электронном и оптическом возбуждении в эпитаксиальных слоях 2п8е, 2п8е:1Ч, 7п8е:С1, выращенных методом газофазной эпитаксии из элементоорганических соединений. Показано, что легирование 2пЯе как донорной примесью, увеличивающей концентрацию равновесных электронов в зоне проводимости, так и акцепторной примесью, вызывающей сильную компенсацию проводимости, ведет к увеличению квантового выхода краевой ФЛ и уменьшению порогов генерации в 2-5 раз по сравнению с нелегированными образцами. Возможными причинами снижения порогов генерации могут быть уменьшение интенсивности безызлучательной рекомбинации из-за пассивации безызлучательных центров легирующей примесью, а также снижение подвижности неравновесных носителей заряда, уменьшающее скорость расширения электронно-дырочной плазмы в возбужденной области. Установлено, что термическая стабильность эпитаксиальных слоев 2п8е достаточна для их использования в качестве активных сред [21,23,31,33,35,40].

9. Применение четверных соединений ХгЛ^ЭБе для обкладочных и барьерных слоев, использование элементоорганических источников 5 и Mg с низкой реакционной способностью в газовой фазе, наличие буферных слоев /пБе между подложкой и структурой позволило увеличить излучательную эффективность активных сред лазеров на основе квантоворазмерных гетероструктур, снизить пороги генерации до 10-30 кВт/см2 и расширить температурный диапазон генерации в сторону высоких температур до 612 К. В результате исследований

структурных, люминесцентных и лазерных характеристик гетероструюур на основе ZnMgSSe/ZnSe при оптической и электронной накачке выявлены диффузионный и оптический механизмы возбуждения неравновесных носителей заряда в квантовых ямах, соотношение между которыми определяется толщиной и качеством материала обкладочных и барьерных слоев гетероструктуры. Установлена взаимосвязь между направлением сдвига полос фотолюминесценции с ростом интенсивности накачки и возможностью получения генерации. Обнаружен эффект отжига дефектов в активной области собственным лазерным излучением. Показано, что гетероструктуры обладают термостабильностью, достаточной для применения в устройствах квантовой электроники [27,29,37-39,42,43,46,52,53]. 10. Показано, что в гетероструктурах ZnMgSSe/ZnSe, ZnMgSSe/ZnSSe/ZnSe, эпи-таксиальных слоях ZnSe/GaAs, лазерах с электронной накачкой и стримерных лазерах на основе объемных кристаллов соединений А2В6 и их твердых растворов при температурах выше 77 К основным механизмом рекомбинации, приводящим к вынужденному излучению и генерации, являются излучательные переходы в электронно-дырочной плазме [7,8,11,1719,21,23,33,35,37,39,42,43,46,56,67].

Совокупность полученных в работе новых результатов является вкладом в развитие физики широкозонных полупроводников А2В6.

Автор выражает искреннюю признательность член-корр. ПАН Беларуси, заведующему лабораторией оптики полупроводников ИФ HAH Беларуси, д.ф,-м.н., профессору В.П.Грибковскому за интерес и постоянное внимание к работе, д.ф.-м.н., профессору Г.П.Яблонскому за полезные обсуждения и обмен идеями, директору Института полупроводниковой техники RWTH Aachen профессору К. Хайме, главному инженеру этого института доктору М.Хойкену и всем сотрудникам этого института за плодотворное сотрудничество, сотрудникам группы компьютерного моделирования ИФОХ HAH Беларуси за полезные консультации, сотрудникам лаборатории спектроскопии сложных молекул ИМАФ HAH Беларуси за техническую помощь, а также всем сотрудникам лаборатории оптики полупроводников ИФ HAH Беларуси за творческую атмосферу, помощь и поддержку при выполнении данной работы.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Оптическая модуляция стримерных разрядов в полупроводниках / Гладьпцук

A.А., Гурский АЛ., Паращук В.В., Яблонский Г.П. И Весщ Акадэми навете БССР. Сер. фц.-мат. навук. -1985, № 3. -С. 82-86.

2. Влияние толщины кристалла, температуры, одноосного сжатия, полярности

электрического импульса и разрядного промежутка на стрнмерные разряды в сульфиде кадмия / Грибковский В.П., Гладьпцук А.А., Гурский А.Л., Паращук

B.В., Пендюр С.А., Таленский O.K., Яблонский Г.П. //ЖПС. 1985. -Т. 42, № 6. -С. 889-895

3. Поверхностные стримерные разряды в монокристаллах CdSxSei.x / Грибков-

ский В.П., Гурский А.Л., Паращук В.В., Яблонский Г.П. // Becni Акадэми навук БССР. Сер. фЬ.-мат. навук.-1986, № 6.-С. 61-67.

4. Влияние температуры и подсветки на стримерные разряды в монокристаллах

сульфида и селенида кадмия / Гладьпцук А.А., Гурский А.Л., Паращук В.В., Яблонский Г.П. // ЖПС. -1986. -Т. 44, № 6. -С. 978-982.

5. Температурная зависимость кристаллографической ориентации стримерных

разрядов в сульфиде кадмия в интервале температур 77-530 К / Гладьпцук А.А., Гурский А.Л., Олешко В.И.. Паращук В.В., Яблонский Г.П. // Изв. вузов СССР. Физика. -1987. -Т. 30, № 10. -С. 124.

6. Crystallographic Orientation of Electric Discharges in Tc02 and LiNb03 Monocrystais / Gribkovskii V.P., Gurskii A.L., Pashkevich G.A., Yablonskii O.P. // Phys.stat.sol.(a). -1987. -Vol. 103, № 2. -P. K153-K156.

7. Вынужденное излучение стримерных разрядов в монокристаллах ZnO при 300

К / Гладьпцук А.А., Гурский А.Л., Никитенко В.А., Параптук В.В., Яблонский Г.П.//Квантовая электроника. -1987. -Т. 14, № Ю. -С. 1983-1985.

8. Luminescence of ZnO monocrystais at excitation by streamer discharges and laser

radiation / Gladyshchuk A.A, Gurskii A.L., Nikitenko V.A., Parashchuk V.V., Tvoronovich LiN, Yablonskii G.P. //J.Luminescence. - 1988. -Vol.42, N 1. -P.49-55.

9. Crystallographic orientation of incomplète breakdown in ZnP2 and CdPj monocrystais / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Pashkevich G.A., Trukhan V.M.. Yakimovich V.N., Yablonskii G.P. // Phys. stat. sol. (a). - 1991. -Vol.123, N 1. -P. K75-K78.

10. Кристаллографическая ориентация и примесная люминесценция электрических разрядов в ZnSe и ZnS / Грибковский В.П., Гладьпцук А.А., Гурский

А .Л., Луценко Е.В., Морозова Н.К., Яблонский Г.П. // ФТП. -1992. -Т.26, № 11.-С. 1920-1927.

11. Примесная люминесценция монокристаллов ZnS:0 при высоких уровнях фото- и стримерного возбуждения / Гурский А.Л., Луценко Е.В., Морозова Н.К., Яблонский Г.П. // ФТТ, 1992. -Т. 34, № 11. -С. 3530-3536.

12. Электрические разряды в монокристаллах сульфида и селенида цинка / Гла-дыщук А.А., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Шульга Т.С., Яблонский Г.П. // Лазерная и оптико-электронная техника / Межвуз. сб. науч. трудов. Минск: Изд-воБГУ, 1992. Вып.2. -С. 58-61.

13. Electron-beam-pumped laser emitters based on CdSSe crystals / Gurskii A.L., Davydov S.V., Kulak I.I., Mitcovets A.I., Stavrov A.A., Shkadarevich A.P., Yablonskii G.P. // Proc. 8th Int. Conf. on Ternary and Multinary Compounds, Kishinev, 1991, Shtiintsa Press, 1992. -Vol. 2. -P. 527-530.

14. Power and spatial characteristics of electron-beam-pumped semiconductor lasers / Gurskii A.L., Davydov S.V., Kulak I.I., Mitcovets A.I., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P. II USA. Technical Digest Series. -1993. Vol.2. -P. 426-428.

15. High-efficiency electron-beam-pumped semiconductor laser emitters / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P. // Physica B. -1993. -Vol.185, N 14. -P.505-507.

16. Semiconductor electron-beam-pumped lasers based on ZnCdS compounds / Gribkovskii V.P., Gurskii A.L., Davydov S.V., Lutsenko E.V., Kulak I.I., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P., Gremenok V.F. // Jap.J.Appl.Phys. -1993. -Vol.32, Suppl. 32-3. -P. 521-523.

17. Люминесценция и генерация света в монокристаллах теллурида кадмия в каналах стримерных разрядов / Луценко Е.В., Гладьпцук А.А., Гурский А.Л., Чехлов О.В., Яблонский Г.П. //ЖПС. -1994. -Т. 60, N 1/2. -С. 120-124.

18. Electron-beam-pumped laser emitters with microrelief mirrors based on П-VI semiconductors / Gribkovskii V.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Kulak I.I., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P. // Advanced Materials for Optics and Electronics. -1994. Vol.4, N5.-P. 365-371.

19. Crystallographic orientation and light emission of streamer discharges in II-VI semiconductors / Gribkovskii V.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P. // Advanced Materials for Optics and Electronics. - 1994. -Vol. 4, N 5. -P. 373-380.

20. Low-temperature growth and nitrogen doping of ZnSe using diethylzinc and ditertiarybutylselenide in a plasma-stimulated low-pressure MOVPE system /

Taudt W., Wachtendorf B., Beccaid R., Wahid A„ Heuken M., Gurskii A.L., Vakarelska K. // J.Ciyst.Growth. - 1994. -Vol.145, N 4. -P. 582-588.

21. Electron-beam-pumped lasing in ZnSe epitaxial layers grown by metal-organic vapour phase epitaxy / Gurskii A.L., Gruzinskii V.V., Gavrilenko A.N., Kulak I.I., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P. Scholl M., Heuken M. // J.Appl.Phys. -1995. -Vol. 77, N 10. -P.5394-5397.

22. Oxygen and tellurium impurities in zinc selcnide grown by metalorganic vapour phase epitaxy / Gurskii A.L., Vakarelska K., Taudt W., Wachtendorf B., Soellner J., Wahid A., Heuken M. // J.Cryst.Growth. -1995. -Vol.146,N 4. -P. 592-598.

23. Electron beam pumped room temperature lasing of MOVPE-grown ZnSe / Gurskii A.L., Gruzinskii V.V., Gavrilenko A.N., Kulak I.I., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P., Scholl M., Heuken M. // Material Science Forum. - 1995. -Vols. 182-184. -P. 323-326.

24. Quantum yield of band-edge emission between 77 and 300 K of undoped and nitrogen-doped ZnSe epilayers grown by MOVPE / Gurskii A.L., Gavrilenko A.N., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Taudt W„ Wachtendorf B, Soellner J„ Schmoranzer J., Heuken M. // Material Science Forum. - 1995. -Vols. 182-184. -P. 243-246.

25. Low temperature growth and planar nitrogen doping of ZnSe in a plasma-stimulated LP-MOVPE system / Taudt W„ Wachtendorf B., Ilamadeh II., Lampe S., Gurskii A.L., Heuken M., Kutzer V., Heitz R., Gerscheid U., Hoffmann A. // Material Science Forum. - 1995. Vols.182-184.-P. 35-38.

26. Optical and electrical properties of annealed ZnSe grown by MOVPF, / Gurskii A.L., Vakarelska K„ Taudt W., Heuken M. // J. Appl. Spectrosc. -1996. -Vol. 63, N6. -P. 1031-1039.

27. Photo- and cathodoluminescence of ZnSSc quantum well heterostructures grown by MOVPE / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Kozlovsky V.l., Krysa A.B., Soellner J., Scholl M., Hamadeh H., Heuken M. // J.Cryst.Growth. -1996. -Vol. 159, N 1-4. -P. 518-522.

28. Photoluminescence, cathodoluminescence and stimulated emission of MOVPE-grown epilayers and heterostructures based on ZnSSe and ZnMgSSe compounds / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Kozlovsky V.l., Krysa A.B., Soellner J., Hamadeh H., Heuken M. // J.Crystal Research and Technology. - 1996. -Vol.31. -P.705-708.

29. ZnMgSSe heterostructures to improve the radiative properties of ZnSSe quantum wells grown by MOVPE / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P.,

Kozlovsky V.l., Krysa A.B., Soellner J., Schmoranzer J., Heuken M. // Proc. Intern. Conf. on Semicond. Heteroepitaxy, Montpellier, France, 1995. World Scientific, Singapore/New Jersey/London/Hong Kong, 1996. -P.175-178.

30. Temperature and excitation dependent photoluminescence of undoped and nitrogen-doped ZnSe epilayers grown by metalorganic vapour phase epitaxy / Gurskii A.L., Gavrilenko A.N., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Taudt W., Hamadeh H., Wachtendorf B., Soellner J., Schmoranzer J., Heuken M. // Phys. stat. sol. (b). -1996. -Vol. 193, N 1. -P.257-267.

31. Photoluminescence and stimulated emission of ZnSe and ZnSe:N epilayers grown by MOVPE using nitrogen as carrier gas / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Kulak I.I., Mitcovets A.I., Yablonskii G.P., Taudt W., Hamadeh H., Heuken M. // Proc. Int. Symp. on Blue Lasers and Light Emitting Diodes, Chiba, Japan, 1996. -P.194-197.

32. Optical and electrical properties of MOVPE grown ZnSe:N using triallylamine as a nitrogen precursor / Gurskii A.L., Taudt W., Lampe S., Hamadeh H., Sauerlander

F., Germain M., Basilaveccia M., Evrard R., Yablonskii G.P., Heuken M. II J.Ciyst.Growth. - 1997. -Vol.170, N4. -P.533-536.

33. Optical-pumped lasing of doped ZnSe epilayers grown by MOVPE / Yablonskii

G.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Marko I.P., Hamadeh H., Soellner J., Taudt W., Heuken M. // J.Cryst.Growth. -1997. Vol.174. -P. 763-767.

34. Near-band-edge photoluminescence of MOVPE-grown undoped and nitrogen-doped ZnSe / Gurskii A.L., Marko I.P., Yuvchenko V.N., Yablonskii G.P., Hamadeh H., Taudt W„ Soellner J., Kaiisch H„ Heuken M. // J.Cryst.Growth. - 1997. -Vol.174. -P. 757-762.

35. Optical-pumped lasing of doped ZnSe epitaxial layers grown by metal-organic vapour-phase epitaxy / Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Marko I.P., Hamadeh H„ Soellner J., Taudt W., Heuken M. // Phys.statsolidi (a). -1997. -Vol.159, N2.-P. 543-557.

36. Structure of nitrogen-related complexes in zinc selenide / Zelenkovskii V.M., Bezjazychnaja T.V., Gurskii A.L., Yablonskii G.P., Taudt W., Heuken M. // Proc. 7th European Workshop on MOVPE and related growth techniques, Berlin, 1997. -P. B4-1 - B4-4.

37. MOVPE of ZnMgSSe heterostructures for optically pumped blue-green lasers / Kaiisch H., Hamadeh H., Mueller J., Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Wojtok J., Xu J., Heuken M. // J. of Electronic Materials. - 1997. -Vol. 26, N 10. -P. 1256-1260.

38. Radiative recombination in ZnMgSSe/ZnSSe /ZnSe multiple quantum wells / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yuvchenko V.N., Yablonskii G.P., Hamadeh H.,

Soellner J., Kalish H., Heuken M. // Physics and Chemistry of Nanostructures / Ed. O.Borisenko. - London: World Scientific, 1997. -P.98-101.

39. Photopumped semiconductor lasers based on MOVPE grown ZnSe/ZnMgSSe heterostructures with quantum wells / Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Marko I.P., Ilamadeh H., Kaiisch H., Heuken M. // Лазерная физика и спектроскопия: Труды Междунар. конференции / Минск, 1997. -Т.1. -С. 337-340.

40 Room-temperature electron-beam-pumpcd lasing of doped ZnSe epitaxial layers grown by MOVPE / Yablonskii G.P., Gruzinskii V.V., Gurskii A.L., Gavrilenko A.K, Kulak I.I., Mitkovets A.I., Taudt W., Soellner J., Heuken M. // Лазерная физика и спектроскопия: Труды Междунар. конференции / Минск, 1997. Т.1. -С. 192-195.

41. Структура полосы излучения свободных экситонов в гетеро-эпитаксиальных слоях ZnSe/GaAs / Ракович Ю.П., Гурский А.Л., Смаль A.C., Гладьпцук A.A., Хамада X., Яблонский Г.П., Хойкен М, IIФТГ. - 1998. -Т.40, № 5. -С. 881-883.

42. Lasing and optical properties of MOVPE ZnSe/ZnMgSSe QW heterostructures at high optical excitation / Gurskii A.L., Yablonskii G.P., Marko LP.', Lutsenko E.V., Ilamadeh H„ Kalish H„ Heuken M. // Appl. Phys. Lett. -1998. -Vol. 73, № 11. -P. 1496-1498.

43. Optical properties and lasing of ZnMgSSe/ ZnSSc/ZnSc heterostructures grown by MOVPH / Gurskii A.L., Lutsenko E.V.. Yablonskii G.P., Hamadeh H., Kaiisch H., Schineller В., Heuken M. // Materials Science and Engineering. - 1998. -Vol. B51. N 1. -P. 22-25.

44. Structure of free cxciton luminescence spectra in heteroepitaxial ZnSe/GaAs / Gurskii A.L., Rakovich Yu.P., Karpuk M.M., Gladyshchuk A.A., Yablonskii G.P., Ilamadeh II., Taudt W., Heuken M. // J.Cryst.Growth. 1998. -Vol.184/185, N 1-4. -P.l 100-1104.

45. Antimony doping of ZnSe grown by MOVPE / Kaiisch H., Hamadeh H., Rueland R., Gurskii A.L., Marko I., Yablonskii G.P., Heuken M. // Proc. 2nd Intern. Symp. on Blue Lasers and Light Emitting Diodes / Chiba, Japan, 1998. -P. 138-141.

46. Optically-pumped lasing of MOVPE grown ZnSe/ZnMgSSe heterostructures at high temperatures / Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Marko I.P., Lutsenko E.V., Heuken M., Kalish H., Hamadeh IL, Luncnburger M., Heime К. // Proc. 2nd Intern. Symp.

. on Blue Lasers and Light Emitting Diodes / Chiba, Japan, 1998. -P. 532-535.

47. Gurskii A.L. Effect of derealization of the donor states on the donor-acceptor recombination in zinc selenide. // J. Luminescence. -1999. -Vol,82, N 2. -P.145-154.

48. Гурский А.Л. Лазеры с возбуждением электронным пучком на основе соединений А3В6. // ЖПС. -1999. - Т.66, № 5. -С.597-614.

49. Gurskii A.L. .Vöitikov S.V. Application of the quantum defect method to calculate the Huang-Rhys factor for recombination via non-hydrogenic donor and acceptor states. // Solid State Communs. - 1999. -Vol. 112, N 1. -P.339-343.

50. Гурский А.Л. Природа примесных полос краевой люминесценции сильнолегированного компенсированного ZnSe:N. //ЖПС. -2000. -Т.67, № 1. -С.86-90.

51. Направленность и модовая структура излучения полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком / Гурский А.Л., Жоднеревич И.И., Козловский

, В.И., Кулак И.И., Луцепко Е.В., Митьковец А.И., Яблонский Г.П. // ЖПС. -1999.-Т.66, №5.-С. 690-695.

52. Лазеры с электронной и оптической накачкой на основе соединений II-VI и гетероструктур с квантовыми ямами / Гурский А.Л., Луценко К.В., Марко И.П., Яблонский Г.П., Кулак И.И., Митьковец А.И., Калиш X., Хайме К., Хойкен М. // Конверсия научных исследований в Беларуси в рамках деятельности МНТЦ: Труды. Междунар. семинара / Минск, 1999. -4.1. -С.95-98.

53. Лазеры с оптической накачкой на основе ZnSe/ZnMgSSe гетероструктур, выращенных методом MOVPE / И.П.Марко, Е.В.Луценко, А.Л.Гурский, Г.П.Яблонский, М.Хойкен, Х.Калиш, Х.Хамади // Лазеры и оптическая нели-

I нейность: Труды ХШ Белорусско-литовского семинара / Минск, 1999. -С.113-116.

54. Электрические разряды в монокристаллах CdS, LiNbOj и ТеС>2 / Гладьпцук A.A., Гурский А.Л., Паращук В.В., Пашкевич Г.А., Яблонский Г.П. -Минск, 1986. -44 р.. -(Препринт / АН БССР , Иц-т физики; N 443).

55. Гурский АЛ, Луценко Е.В., Яблонский Г.П. Кристаллографическая ориентация путей электрического пробоя, в диэлектриках и полупроводниках. -Минск, 1990. -47 с. -(Препринт /АН БССР, Ин-т физики; N 607).

56. Полупроводниковые излучатели с электронной накачкой на CdSxSei.x и их. применение для возбуждения генерации в, красителях и ионных кристаллах /

; ГрибковскийВ.П., Грузинский В.В., Давыдов C.B., Кулак И.И.,' Митьковец А. И., Морозов В.А., Ставров A.A., Шкадаревич А.П., Яблонский Г.П. -Минск, 1990. -33 с. -(Препринт/АН БССР , Ин-т физики; N 618).

57. A.c. 1268015 (СССР), МКИ3 H01L 21/66. Способ определения кристаллографической неоднородности тонких полупроводниковых пластин. / Грибков-ский В.П., Гладьпцук A.A., Гурский А.Л., Паращук В.В., Пендюр С.А., Тален-

ский О.Н., Яблонский Г.П. (СССР). - № 3838997/24-25. Заявлено 04.01.85.

Разрешение на открытую публикацию or 03.11.94.

58. A.c. 1356927 (СССР), МКИ3 H01S 3/18. Лазер / Гурский A.JI. (СССР). - № 4006438/25. Заявлено 13.01.86. Разрешение на открытую публикацию от 04.11.94.

59. A.c. 1653514 (СССР), МКИ3 H01S 3/18. Полупроводниковый лазер с электронной накачкой и способ его изготовления / Грибковский В.П., Грузинский В.В., Гурский А.Л., Давыдов C.B., Кулак И.И., Митьковец А.И., Ставров A.A., Шкадаревич А.П. (СССР). -№ 4712972/31-25; Заявлено 03.07.89. Разрешение на открытую публикацию от 03.11.94.

60. Патент № 2022403 (Россия), МКИ5 H01L 21/66, G01N 27/62. Способ определения направления полярной оси в монокристаллах / Гурский А.Л., Луценко Е.В., Трухан В.М., Яблонский Г.П., Якимович В.Н. (РБ). № 4884238/26; Заявлено 21.11.90; Опубликовано 30.10.94. //Изобретения. -1994. - № 20. -3 с.

61. Патент № 2017267 (Россия), МКИ5 H01L 21/306. Способ изготовления полупроводникового лазера с электронной накачкой / Грибковский В.П.. Грузинский В.В., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Кулак И.И., Митьковец А.И., Ставров A.A., Шкадарсвич A.ïf., Яблонский Г.П. (РБ). № 5009254/25; Заявлено 17.09.91; Опубл. 30.07.94. //Изобретения. -1994. - № 14. -3 с.

62. Патент № 2017268 (Россия), МКИ5 I101L 21/306. Способ изготовления полупроводникового лазера с электронной накачкой / Грибковский В.П., Грузинский В.В., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Кулак И.И., Митьковец А.И., Ставров

A.A., Шкадаревич А.П., Яблонский Г.1Т. (РБ). № 5009255/25; Заявлено 17.09.91; Опубл. 30.07.94. //Изобретения. -1994. -№ 14. -3 с.

63. Патент № 2013837 (Россия), МКИ5 НОТ S 3/18. Способ изготовления полупроводникового лазера с электронной накачкой / Грибковский В.П., Грузинский

B.В., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Кулак И.И., Митьковец А.И., Ставров A.A., Шкадаревич А.П., Яблонский Г.П. (РБ). № 5009655/25; Заявлено 17.09.91; ■ Опубл. 30.05.94. // Изобретения. -1994. - № 10. -С. 158.

64. Модуляция свечения стримеров в CMS излучением рубинового лазера / Грибковский В.П., Гладьпцук A.A., Гурский А.Л., Паращук В.В., Яблонский Г.П. // Физика и техническое применение полупроводников А2В6: Тез. V Всесоюз. Совещания / Вильнюс, 1983. -4.2, -С.22-23.

65. Стримерные разряды в объеме и на поверхности монокристаллов

CdSxSei-x/ Гладьпцук A.A., Гурский A.JI., Паращук В.В., Яблонский Г.П. // Тез. X Всесоюз. конф. по физике полупроводников / АН БССР. - Минск, 1985, -4.2, -С.66-67.

66. Температурная зависимость кристаллографической ориентации стримерных разрядов в сульфиде кадмия / Гладьпцук A.A., Гурский А.Л., Паращук В.В., Яблонский Г.П. // Тез. X Всесоюз. конф. по физике полупроводников / АН БССР. -Минск, 1985. -4.2, -С.68-69.

67. Гурский А.Л. Вынужденное излучение в ZnO при 300 К вдоль канала сгример-ного разряда. // Тез. VIII Респ. конф. молодых ученых по спектроскопии и квантовой электронике / Вильнюс, 1987. -С.187.

68. Гурский А.Л. Исследование причин деградации стримерных лазеров на сульфиде кадмия // Современные проблемы нелинейной оптики и квантовой электроники: Матер. Межресп. школы-семинара молодых ученых / Ин-т физики АН БССР. - Минск, 1988. -С.120-122.

69. Electron-beam-pumped laser emitters based on CdSxSei-x crystals / Gurskii A.L., Davydov S.V., Kulak I.I., Mitkovets A.I., Stavrov A.A., Shkadarevich A. P., Yablonskii G.P. // Abstr. 8th Intern Conf. on Ternary and Multinaiy Compounds / Kishinew, USSR, 1990. -P.335.

70. Твердотельные лазеры с полупроводниковыми светотрансформаторами, возбуждаемыми электронным пучком / Гурский А.Л., Давыдов C.B., Кулак И.И., Митьковец А.И., Ставров A.A., Шкадаревич А.П., Морозов В.А., Яблонский Г.П. // Тез. VI Всесоюз. конф. по лазерной оптике / Ленинград, 1990. -С.70.

71. Кристаллографическая ориентация и примесная люминесценция стримерных разрядов в монокристаллах ZnS и ZnSe / Гурский А.Л., Луценко Е.В., Морозова Н.К., Шульга Т.С., Яблонский Г.П. // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: Тез. V Всесоюз. школы / ПКБ электрогидравлики . -Николаев, 1991. -С. 101-102.

72. Гурский А.Л., Луценко Е.В., Яблонский Г.П. Неполный пробой монокристаллов дифосфида цинка и кадмия и его применение для определения направления их полярной оси. // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: Тез. V Всесоюз. школы/ПКБ электрогидравлики . -Николаев, 1991. -С. 99-100.

73. Электрические разряды в монокристаллах сульфида и селенида цинка / Гладьпцук A.A., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Шульга Т.С., Яблонский Г.П. // Тез. Научно-тех конф. поев. 25-летию БрПИ / БрПИ. -Брест, 1991. -С. 115.

74. Твердотельные лазеры с накачкой полупроводниковыми излучателями, возбуждаемыми электронным пучком / Гурский АЛ., Давыдов С.В., Кулак И.И., Митьковец А.И., Ставров А.А., Шкадаревич А.11., Морозов В.А., Яблонский Г.11. Н Тез. XIV Межд. конф. по когерентной и нешн. оптике / Ленишрад. 1991. -С.54-55.

75. Грибковский В.П., Гурский А.Л. Стримерные разряды в полупроводниках как возможный пример самоорганизации в открытых термодинамических системах. II Открытые системы - избранные вопросы теории и эксперимента: Тез. Мсжд. семинара / БрПИ, Брест, 1992. -С. 44-47. '

76. High-efficiency electron beam pumped semiconductor laser emitters / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P. // Abstr. 7th Trieste Semicond. Symposium on Wide-Band-Gap Semiconductors / ICTP. -Trieste, 1992. -P.86.

77. Electron beam- and streamer-pumped laser emission in П-VI semiconductors / Gribkovskii V.P., Gurskii A.L., Kulak I.I., Lutsenko E.V., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P. // Abstr. of European Workshop on II-VI Semicond. 7 RWTH -Aachen, 1992.-P. 2p2.

78. Gurskii A.L., Lutsenko li.V., Yablonskii G.P. Microrelief formation on II-VI semiconductor surfaces and their using as a selective mirror in semiconductor lasers.//Abstr. 6th Intern. Conf. On 11-VI Compounds / Newport, ¡993. -P. 112.

79. Semiconductor electron beam pumped lasers based on ZnCdS compounds / Gribkovskii V.P., Gurskii A.L., I.utscnko li.V., Davydov S.V., Kulak 1.1., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P. // Abstr. 9th Intern. Conf. on Ternary and Multinary Compounds / Yokogama, 1993. -P.122.

80. Gurskii A.L., Yablonskii G.P. Decomposition of surfaces, annealing and creation of point defects and dislocations in wide band gap semiconductors by laser irradiation. // I.ascr M2P: Abstr. Intem. Conf. / Lyon, 1993. -P.23.

81. Фотолюминесценция пористого кремния: спектры возбуждения и кинетика затухания / Гапоненко С.В., Германенко И.Н., Гурский А.Л., Петров ЕЛ., Ступак А.П., Бондаренко В.П., Борисенко В.А., Дорофеев A.M. // Тез. I Российской конф. по физике полупроводников / РАН. - Нижний Новгород, 1993. -С.264.

82. Кристаллографическая ориентация и излучение стримерных разрядов в монокристаллах CdTe / Грибковский В.П., Гладьпцук А.А., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Яблонский Г.П. // Физика импульсных разрядов в конденсированных средах: Тез. VI науч. конф. / Ин-т импульсных процессов и технологий АН Украины. -Николаев, 1993. -С. 16.

83. Oxygen and tellurium impurities in zinc selenide grown by metalorganic vapour phase epitaxy / Gurskii A.L., Vakarelska K., Taudt W., Wachtendorf B., SiUlner J., Wahid A„ Heuken M. // Abstr. 8th Int. Conf. On Vapour Growth and Epitaxy / Freiburg, 1994. -P.52.

84. Low temperature growth and planar nitrogen doping of ZnSe in a plasma-stimulated LP-MOVPE system / Taudt W., Wachtendorf B., Hamadeh H., Lampe S., Gurskii A.L., Heuken M., Kutzer V., Heitz R., Hoffmann A. // Abstr. of European , Workshop on II-VI Semicond. / Linz, 1994. -P.53.

85. Electron beam pumped room temperature lasing of MOVPE-grown ZnSe / Gurskii A.L., Gruzinskii V.V., Gavrilenko A.N., Kulak I.I., Mitkovets A.I., Yablonskii G.P., Scholl M., Heuken M. // Abstr. of European Workshop on II-VI Semicond./ Linz, 1994. -P.132.

86. Quantum yield of band-edge emission between 77 and 300 K of undoped and nitrogen-doped ZnSe epilayers grown by MOVPE / Gurskii A.L., Gavrilenko A.N., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Taudt W., Wachtendorf B., Soellner J., Schmoranzer J., Heuken M. // Abstr. of European Workshop on II-VI Semicond. / Linz, 1994. -P.54.

87. Photoluminescence, cathodoluminescence and stimulated emission of MOVPE-grown epilayers and heterostructures based on ZnSSe and ZnMgSSe compounds / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Kozlovsky V.l., Kiysa A.B., Soellner J., Hamadeh H., Heuken M. // Abstr. 10th Int. Conf. On Ternary and Multinary Compounds / Stuttgart, 1995. -P. POI.IO.

88. ZnMgSSe heterostructures to improve the radiative properties of ZnSSe quantum wells grown by MOVPE / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Kozlovsky V.l., Krysa A.B., Soellner J., Schmoranzer J., Yablonskii G.P., Heuken M. // Abstr. Intern. Conf. On Semicond. Heteroepitaxy / Montpellier, 1995. -P.132.

89. Photo- and cathodoluminescence of ZnSSe quantum well heterostructures grown by MOVPE / Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Yablonskii G.P., Kozlovsky V.l., Krysa A.B., Soellner J., Scholl M-, Hamadeh H., Heuken M. // Abstr. of 7th Int. Conf. On II-VI Compounds and Devices / Herriot-Watt University. -Edinburgh, 1995. -P.Th-P49.

90. Optical and electrical properties of MOVPE-grown ZnSe:N using triallylamine as a nitrogen precursor / Gurskii A.L., Taudt W., Lampe S., Hamadeh H., Sauerlander F., Germain M., Basilaveccia M., Evrard R., Yablonskii G.P., Heuken M. // Abstr. of 8th Intern. Conf. on MOVPE / Cardiff, 1996. -P. P32-P33.

91. Optical-pumped lasing of doped ZnSe epilayers grown by MOVPE / Yablonskii

G.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Marko I P., Hamadch H., Soellner J., Taudt \V., Ileuken M. // Abstr. of 9th Int. Conf. On Vapor Growth and Epitaxy / Vail, 1996. -P. 95.

92. Near-band-edge photoluminescencc of MOVPE-grown undoped and nitrogen-doped ZnSe / Gurskii A.L., Marko I.P., Yuvchenko V.N, Yablonskii G.P., Hamadeh H, Taudt W., Ileuken M. // Abstr. of 9th Int. Conf. On Vapor Growth and Epitaxy /Vail, 1996.-P. 85.

93. Краевое излучение эпитаксиальных слоев ZnSe, выращенных методом MOVPE / Гурский А.Л., Луценко Е.В., Гладыщук А.А., Яблонский Т.П., Таудт В., Золльнер Й., Хойкен М. // Тезисы докл. юбил. научи, конф., поев. 30-летию БрПИ / БрПИ. -Брест, 1996. -4.2. -С.17.

94. Спонтанное и стимулированное излучение эпитаксиальных слоев ZnSe, легированных азотом плазменным методом в процессе роста / Луценко Е.В., Гурский А.Л., Гладыщук А.А., Яблонский Г.П., Кулак И.И., Митьковец А.И., Таудт В., Золльнер Й., Хойкен М. // Тезисы докл. юбил. научн. конф., поев. 30-летию БрПИ / БрПИ. -Брест, 1996. -4.2. -С.16.

95. Оптические свойства эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе соединений ZnMgSSe / Гурский А.Л., Луценко Е.В., Гладыщук А.А., Яблонский Г.П., Золльнер И, Хойкен М. // Тезисы докл. юбил. научн. конф., поев. 30-летию БрИИ / БрПИ. - Брест, 1996. -4.2. -С. 18.

96. Грибковский В.П, Гурский А.Л., Яблонский Г.П. Полупроводниковые лазеры со стримсрной накачкой - состояние проблемы и перспективы. // Тезисы докл. Межгос. научно-технич. конф. по квантовой электронике / БГУ. - Минск, 1996.-С.8-10.

97. Гурский АЛ, Яблонский Г.П., Хойкен М. Эиитаксиальные гетероструктуры на базе соединений А2В6 и лазеры с оптической и электронной накачкой на их основе. // Тезисы докл. Межгос. научно-технич. конф. по квантовой электронике / БГУ. -Минск, 1996.-С.11-13.

98. Rekombinationsmechanismen im Bandkantenbcreich von MOVPE ZnSe:N / Hamadeh H., Yablonskii G., Gurskii A., Mueller J., Taudt W., Ileuken M. // Verhandlungen der DPG. -1996. -Reihe VI, Band 31. -P.1461-1462.

99. Optically pumped lasers on MOVPE grown ZnMgSSe/ZnSe QW heterostructures operating at T=77-577 К / Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Lutsenko E.V., Marko I.P., Kalisch H., Heuken M. // Semiconductor lasers and systems: Abstr. '2nd Belarussian-Russian Workshop / Institute of Physics. - Minsk, 1997. -P.32.

100. Electronic and spatial structure of impurity complexes in p-type ZnSe / Zelenkovskii V.M., Bezjazychnaja T.V., Gurskii A.L., Yablonskii G.P., Heuken M. // Semiconductor lasers and systems: Abstr. 2nd Belarussian-Russian Workshop / Institute of Physics. -Minsk, 1997. -P.29.

101. MOVPE of ZnMgSSe Heterostructures for optically pumped blue-green lasers / Kaiisch H., Hamadeh H., Mueller J., Gurskii A.L., Yablonskii G.P., Heuken M. // Abstr. 8th biennial Workshop on organo-metallic vapor phase epitaxy / Dana Point,

1997.-P. 12.

102. Lasing and optical properties of MOVPE ZnSe/ZnMgSSe QW heterostructures at high optical excitation / Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Marko I.P., Yuvchenko V.N., Hamadeh H., Kaiisch H, Heuken M. // Abstr.; 8th Intern. Conf. on II-VI Compounds /Grenoble, 1997. -P. 236.

103. Fine structure of free exciton luminescence spectra in heteroepitaxial ZnSe/GaAs / Gurskii A.L., Rakovich Yu.P., Taudt W., Gladyshchuk A.A., Yablonskii G.P., Heuken M. // Abstr. 8th Intern. Conf. on П-VI Compounds / Grenoble, 1997. -P. 246.

104. Structure of emission iine of free excitons in heteroepitaxial ZnSe/GaAs / Rakovich Yu.P., Gurskii A.L., Taudt W., Smal A.S., Gladyshchuk A.A., Yablonskii G.P., Heuken M. // Optics of Excitons in Condensed Matter: Abstr. Intern. Conf. / St. Petersburg, 1997.-P.51.

105. Структура полосы излучения свободных экситонов в гетероэпитаксиальных структурах ZnSe/GaAs / Ракович Ю.П., Гурский А.Л., Яблонский Г.П., В.Таудт, Гладыщук A.A., Хойкен М. // Тез. Ш Российской конф. по физике полупров. / Москва, 1997. -С.132.

106. Стримерный пробой изолирующего CdS в магнитном поле до 35 Тл / Емлин Р.В., Серафимович К.В., Гурский А.Л., Луценко Е.В., Яблонский Г.П. // Rep. Intern. Sei. Conf. On Solid Dielectrics / St. Petersburg, 1997. -P. 153-154.

107. Lasing and photoluminescence at T=77-650 К in MOVPE ZnSe/ZnMgSSe heterostructures / Yablonskii G.P., Gurskii A.L., Marko 1.Р., Lutsenko E.V., Kaiisch H., Heuken M., Heime К. // CLEO-1998: Abstr. Intern. Conf. / Scotland,

1998. P. 37.

108. Направленность и модовая структура излучения полупроводниковых лазеров с накачкой электронным пучком / Гурский А.Л., Жолнсреаич И.И., Кулак И.И., Митьковец А.И., Яблонский Г.П. // Тез. П Межгосуд. Конф. по квантовой электронике / БГУ. -Минск, 1998. -С. 65.

109. Optical pumped lasing in GalnN/GaN heterostructures / Lutsenko E.V., Pavlovskii V.N., Marko I.P., Gurskii A.L.. Yablonskii G.P., Schoen O., Ileuken M. // Тез. II Межгосуд. Конф. no квант, электронике / БГ'У. - Минск, 1998. -С. 11-13.

110. Лазеры с селективной катодолюминесцентпой накачкой. Грузинский В.В., Гурский А.Л., Кулак И.И., Митьковец А.И., Яблонский Г.П. // Современные проблемы лазерной физики и спектроскопии: Тез. Междунар. конф. / ГрГУ. -Гродно, 1993. -С.70-71.

111. Reconstruction of exeitonic spectra during annealing and the structure of the nitrogen centres in ZnSe / Orerskii A.L., Hamadeh H., Koerfer H., Zelenkovskii V.M., Bezjazychnaja T.V., Heuken M., Heime K. // Abstr. 9th Intem. Conf. On II-VI Compounds / Kyoto, 1999. - P. 206.

112. The role of impurity bands and electron-phonon interaction in formation of NBE PL spectra of compensated ZnSe / Gurskii A.L., Voitikov S.V., Hamadeh H., Kalisch H., Heuken M., Heime K. // Abstr. 9th Intern. Conf. On П-VI Compounds / Kyoto, 1999.-P. 71.

113. Лазеры с электронной и оптической накачкой на основе соедпнепий П-VI и

гетероструктур с квантовыми ямами / Гурский А.Л., Лупенко Е.В., Марко И.П., Яблонский Г.П., Кулак И.И., Митьковец А.И., Калиш X., Хаймс К., Хойксп М. // Конверсия научных исследований в Беларуси в рамках деятельности МНТ1Д: Тез. Междунар. семинара/МНТЦ. - Минск, 1999. -С.43.

46

РЭЗЮМЕ Гурсга Аляксандр Леанщав1ч "Выпрамяняльная рэкамбшацыя у актыуиых асяроддзях пауправадшковых лазерау на аснове шыроказоиных злучэнняу групы А2В6"

Ключавыя словы: пауправадшковыя лазеры, бшарныя пауправаднш, фот&люмшесцэнцыя, катодалюмшесцэнцыя, эштакс1я, леправанне, рэкамбшацыя, дэфекты, прымеа, эштоны, гетэраструктуры, квантавыя ямы

Дысертацыя нрысвечана устанауленню заканамернасцей и асабл1васцей вьшрамяняльнай рэкамбшацьп при аптычным, электронным 1 стрымерным узбуджэнш пауправадшковых аб'ёмных матэрыялау I тонкаплёначных гетэраэттакаялы 1 ых 1 квантава-памерных струюур на аснове шыроказонных злучэнняу А2В61 распрацоуцы ф1з1чных асноу сштэзу активных асяроддзяу дзеля стварэння акты^ных элемента^ пауправадшковых лазерау дыяпазону 0.4-0.6 мкм з зададзеньан характеристикам!.

Упершыню створана мадэль прымеснай рэкамбшацьп у 2п8е, якая ушчвас сумесна флуктуацьн патэнцыялу, дэлакал1зацыю донарных станау I узрастанне электрон-фаноннага узаемадзеяння у сярэдне- 1 моцналеправаным кампенсаваным матэрыяле. Разл1чаны параметры электрон-фаноннага узаемадзеяння для выпадку рэкамбшацьп праз невадародападобныя цэнтры у рамках метада квантавага дэфекта. Распрацавана методыка аднаулення формы спектрау люмшесцэнцьп вольных экснонау, скажонных рэабсорбцыяй, саманагльшаннем 1 штэрферэнцыяй святла. Установлена, што зшжэнне тэмпературы эштаксн вядзе да павял1чэння канцэнтрацьц некантралюемых прымесей у слаях 2п8е, а асноунай прычьшай кампенсацьн дз1ркавай правадз1масц1 у 2п8е:Ы, вырашчаным метадам МОУРЕ, з'яуляецца павьппанае утрыманне мелюх донарных прымесей. Даследавана перабудова экспонных спектрау пры адпале 2п8е:К 1 праведзены разлна прасторавай канф1гурацьп дэфектау з дапамогай пауэмшрычнага квантава-мехашчнага метаду МА ЛКАА. Прадказана новая стабшьная канф!гурацыя цэнтрау Иве- Атрымана генерация у гетэраструктурах з квантавьан яма.\п на аснове ZnMgSSe/ZnSe пры температурах да 612 К. Паказана, што генерацыю можна атрымаць тольи у тых гетэраструктурах, у яих з ростам узро^ню узбуджэння эфект памяншэння шырыш забароненай зоны дамшуе над эфектам запаунення зон. Устаноулена, што асноуным мехашзмам вымушанага выпраменьвання у даследаваных лазерах з электроннай напампоукай, стрымерных лазерах, эппакаяльных слаях 2пБе 1 гетэраструктурах з'яуляецца рэкамбшацыя у электронна-дз1ркавай плазме, а леправанне донарньм1 акцэптарпым! прымесям1 вядзе да зшжэння парогау генерацьп. Дано тлумачэнне выгляду дыяграм намраванасщ лазерау з электроннай напампоукай 1 мкрарэльефным1 адб1вальннсам1 у рамках геаметрычнай оптьпа.

47

РЕЗЮМЕ Гурский Александр Леонидович "Пзлучательная рекомбинации в активных средах полупроводникоиых лазеров на основе шнрокозонпых соединений А2В6"

Ключевые слова: полупроводниковые лазеры, бинарные полупроводники, фотолюминесценция, катодолюминесцешшя, эпитаксия, легирование, рекомбинация, дефекгы, примеси, экситоны, гетероструктуры, квантовые ямы

Диссертация посвящена установлению закопомерностей и особенностей излучательной рекомбинации при оптическом, электронном и стримерном возбуждении полупроводниковых объемных материалов и тонкопленочных гетероэпи-таксиальных и квантоворазмерных структур на основе широкозонных соединений группы А2В6 и разработке физических основ синтеза активных сред для создания активных элементов полупроводниковых лазеров диапазона 0.4-0.6 мкм с заданными характеристиками.

Впервые создана модель примесной рекомбинации в УпЭе, учитывающая совместно флуктуации потенциала, делокализацшо донорных состояний и возрастание электрон-фононного взаимодействия в средне- и сильнолегированном компенсированном материале. Рассчитаны параметры электрон-фононного взаимодействия для с.лучая рекомбинации через неводородоподобные центры в рамках метода квантового дефекта. Разработан метод восстановления формы спектров люминесценции свободных экситонов, искаженных реабсорбцией, самопоглощением и интерференцией света. Установлено, что снижение температуры эпитак-сии ведет к увеличению концентрации неконтролируемых примесей в слоях ¿пве, а основной причиной компенсации дырочной проводимое ги в 7п8с:К, выращенном методом МОУРЕ, является повышенное содержание мелких донорных примесей. Исследована перестройка экситонных спектров при отжиге 2п8е:И и проведены расчеты пространственной конфигурации дефектов с помощью полуэмпирического квантово-механического метода МО ЛКАО. Предсказана новая стабильная конфигурация центров 1Ч$е. Получена генерация в гетероструктурах с квантовыми ямами на основе 2пМ§85е/2п8е при температурах до 612 К. Показано, что генерацию можно получить лишь в тех гетероструктурах, где с ростом уровня возбуждения эффект уменьшения ширины запрещенной зоны преобладает над эффектом заполнения зон. Установлено, что основным механизмом вынужденного излучения в исследованных активных средах является рекомбинация в электронно-дырочной плазме, а легирование 2п8е донорными и акцепторными примесями приводит к снижению порогов генерации. Дано объяснение вида диаграмм направленности лазеров с электронной накачкой и микрорельефными отражателями в рамках геометрической оптики.

48

SUMMARY Gurskii Alexander Leonidovich "Radiative Recombination in Active Media of Semiconductor Lasers Based on Wide-Band-Gap II-VI Compounds"

Keywords: semiconductor lasers, binary semiconductors, photoluminescence, cathodoluminescence, epitaxy, doping, recombination, defects, impurities, excitons, heterostructures, quantum wells

The thesis is devoted to the determination of the regularities and peculiarities of radiative recombination at optical, electron-beam and streamer excitation of semiconductor bulk media and heteroepitaxial and quantum-dimensioned thin-film structures based on wide-band-gap II-VI compounds and to the development of the physical basics of the synthesis of active media and creation of active elements of semiconductor lasers of 0.4-0.6 nm range with specified characteristics.

A model of the impurity recombination in ZnSe taking into account a combination of the potential fluctuations, the derealization of the donor states and the increase of the electron-phonon coupling in the intermediately and heavy doped material has been created for the first time. The electron-phonon interaction parameter have been calculated for the case of recombination via non-hydrogen-like centres, in the framework of the quantum defect method. A method has been developed to recover the shape of the free exciton luminescence spectra being distorted by reabsorption, self-absorption and interference of light. It was established that the decrease of the epitaxy temperature leads to increasing concentration of uncontrolled impurities in the ZnSe layers, and the main cause of the p-type conductivity compensation in MOVPE-grown ZnSe:N is the high concentration of residual shallow donors. The effect of reconstruction of excitonic spectra during annealing has been studied, and the calculations of the spatial configuration of the defect complexes by the semi-empirical quantum-mechanical MO LCAO method have been carried out. A new stable configuration of the Nse centres has been predicted. Laser action in ZnMgSSe/ZnSe quantum well heterostructures at the temperatures up to 612 K was obtained. It is shown that lasing can only be achieved in the samples where the effect of band gap narrowing predominates over the band filling effect with increasing excitation intensity. It has been found that the main mechanism of the stimulated emission in investigated active media is the recombination in electron-hole plasma, and the doping of ZnSe by both donor and acceptor impurities leads to a decrease of the lasing thresholds. The explanation of the output diagrams of the electron-beam-pumped semiconductor lasers with microrelief reflectors is given in the framework of the geometrical optics.

ГУРСКИЙ Александр Леонидович

ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ ПА ОСНОВЕ ШИРОКОЗОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ А2Вб

Специальность 01.04.10-

Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Подписано в печать 26.04.00. Формат 60x84/16. Бумага офсетная.

Тираж 100 экз. Заказ № 291.

Белорусский гос> Ларине ними > минере и reí. Лицензия Л» №315 сч 14 07 220050. Минск, пр. Ф Скорины. 4. Отпечспапо в Издаюльскоч цен i рс ВГ'У 220030. г. Минск, \п. Красноармейская. 6.