Катодолюминесценция полумагнитных полупроводников на основе А2В6 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

'Л

Г-. Г

На правах рукописи

РЕЗВАНОВ Ренат Рашитович

КЛТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПОЛУМАГНИТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ НА ОСНОВЕ А2В6

01.04.10- физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор В.С.ВАВИЛОВ кандидат физико-математических наук, доцент М.В.ЧУКИЧЕВ

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор А.Н.ГЕОРГОБИАНИ доктор физико-математических наук, профессор Д.Р.ХОХЛОВ

Ведущая организация - Московский институт стали и сплавов

. г?

Защита состоится « /-У » ¡¿¿¿¿/и.'-'а, 1998 г. в часов на за-

седании Специализированного совета К.053.05.20 МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу; 117899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Физический факультет, криогенный корпус, аудитория 2-05а. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан « /Я » 1998 г.

» /¿¿ //и

Ученый секретарь Специализированного совета К.053.05.20,

доктор физико-математических наук [ Г.С.ПЛОТНИКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Основным методом создания полупроводниковых материалов с заданными свойствами является легирование полупроводников различными типами примеси. Среди широкого спектра примесей, применяемых для легирования полупроводников А2Вб, элементы группы железа занимают особое положение, а полупроводниковые материалы, легированные элементами этой группы, получили название полумагаитных полупроводников (ПМП). Неполностью заполненная Зс!-оболочка примесного атома является причиной особых физических свойств ПМП. Взаимодействие локализованных магнитных моментов примесного атома со спинами свободных носителей приводит к аномальным электрофизическим и магнитооптическим явлениям. Один и тот же ПМП в зависимости от концентрации магнитной примеси может обнаруживать поведение, характерное для парамагнетика, спинового стекла и антиферромагнетика. В оптических спектрах ПМП появляются новые характеристические полосы, обусловленные переходами с участием электронных состояний Зё-оболочки.

Интенсивное развитие в последние годы оптоэлектроники, применение оптических приборов в различных областях человеческой деятельности приводят к необходимости поиска новых материалов для создания фотоприемников и источников излучения. Возможность применения ПМП при создании элементов памяти с оптической записью и считыванием, полупроводниковых лазеров с возможностью перестройки внешним магнитным полем, делают актуальной задачу изучения люминесцентных свойств ПМП.

Кроме того, ПМП являются интересным объектом фундаментальных исследований физики твердого тела, таких её направлений, как магнитные свойства полупроводников, теория глубоких уровней, теория электронно-колебательных состояний примесных центров.

Все вышесказанное определяет актуальность темы диссертационной работы.

Объектом исследования настоящей работы были бинарные полупроводники СсГГе, СёБ, Хп8е, Хп8, 2пО и тройные твердые растворы 2п1.хСМхЯе и /.пБхБеюс, легированные элементами Мп, Ре и N1 как в малой концентрации

(1017см"э и более), так и в концентрации, приводящей к образованию тройных твердых растворов.

Цель работы состояла в изучении влияния магнитной примеси на като-долюминесцентные свойства Г1МП, в определении основных механизмов излу-чательной рекомбинации и роли в них магнитных примесей.

В работе были поставлены и решались следующие основные задачи:

1. Измерение и изучение спектров катодолюминесценции (КЛ) бинарных полупроводников Сс1Те, СёБ, ¿пО, 2п8, и некоторых тройных твердых растворов на их основе, легированных магнитными примесями Мп, N1 и Ре, в широком диапазоне температур, уровней возбуждения и временных задержек.

2. Изучение процессов температурного тушения различных полос КЛ и определения энергии активации температурного тушения.

3. Выяснение влияния магнитных примесей на основные механизмы собственной люминесценции полупроводников А2Вб.

4. Определение механизмов люминесценции, непосредственно связанных с магнитными примесями.

Применение метода катодолюминесцентного исследования, дающего возможность менять в широких пределах уровень возбуждения, позволило изучить спектры КЛ в широком спектральном диапазоне (видимая, ближние УФ- и ИК-области спектра) и наблюдать малоинтенсивное излучение.

Полученные результаты обладают достаточной достоверностью, поскольку в работе исследовалось значительное количество образцов, полученных различными методами, результаты исследования сравнивались с исследованиями аналогичных материалов другими методами (поглощение, электроотражение, фотолюминесценция и другие).

По мнению автора, научная новизна работы состоит в следующем.

1. Впервые исследованы спектры КЛ С^.хМпхТе в широком спектральном диапазоне и интервале изменения составах

2. Впервые исследованы спектры КЛ Сс1Тс:Ре, Сс1]_хРехТе и С(11_хМпхТе:Ре в широком спектральном диапазоне.

3. Впервые исследованы спектры КЛ полупроводников ZnS, ZIlSe, ZnO, (МБ, 2п1.хСёх8е, ¿пБхЗе^х и 2п1.хМпх8е с примесью № в широком спектральном диапазоне.

4. Получены новые данные об излучательных механизмах в этих материалах с участием внутрицентровых состояний магнитных примесей. На основании спектров КЛ рассчитаны параметры внутрицентровых состояний ионов Мп2+, Ре2+ и №2+ в рамках теории кристаллического поля (ТКП). Определен характер взаимодействия этих состояний с фононами.

Практическая ценность работы определяется плодотворностью использования метода КЛ для исследования оптических свойста ПМП. Полученные результаты могут бьггь использованы при выращивании кристаллов и различных гетероструктур для контроля их качества, при определении примесного состава, при разработке оптоэлектронных приборов на основе ПМП. Разработанная в работе методика может быть использована для контроля люминесцентных характеристик широкого класса широкозонных ПМП.

Основные защищаемые положения работы состоят в следующем:

1. Основными механизмами КЛ в изученных полумапштных полупроводниках являются рекомбинация локализованных экситонов и примесная люминесценция, возникающая в результате излучательных оптических переходов с участием внутрицентровых состояний Зс1-оболочки магнитной примеси.

2. Локализация экситонов в С(11.хМпхТе имеет сложный характер. Основные механизмы - локализация на акцепторах при малых концентрациях марганца (состав X менее 1%), на акцепторах и на флуктуационных неоднородно-стях кристаллического потенциала с образованием магнитного полярона — для состава более 1 %.

3. Люминесценция Сс!1.хМпхТе в ближней ИК-области объясняется излу-чательными переходами с участием внутрицентровых состояний Зс1-оболочки неконтролируемой примеси железа. Внугрицентровые состояния ионов Ре2+ и

определяют люминесценцию Сс1Те:Ре и Сс^.-Л-ЪхТе в ближней ИК-области спектра.

4. Интенсивная KJI ПМП с примссыо никеля в желтой области спектра вызвана излучательными оптическими переходами с изменением зарядового состояния ионов .

5. Наблюдаемое в некоторых ПМП с примесью никеля явление селективного тушения примесной люминесценции вызвано процессом самопоглощения излучения внутрицентровыми переходами в Зй-оболочке иона никеля.

6. Характер спин-орбитального расщепления основного ^(Р) состояния иона Ni2+ в исследованных полупроводниках может быть описан теорией кристаллического поля с обязательным учетом взаимодействия этого состояния с фононами.

7. Положение донорного уровня иона Ni2+ в тройных твердых растворах Znj.xCdxSe и ZnSxSei.xсущественным образом зависит от состава^. Параметры теории кристаллического поля иона Ni2+ зависят от состава тройного твердого раствора не только в случае анионного замещения (ZnSxSei.x), но и в случае ка-тионного замещения (Zni_xCdxSe).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры физики полупроводников физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, на 7 всероссийских и международных конференциях. Материалы диссертации опубликованы в 3 статьях в российских научных журналах и в тезисах докладов 7 конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы, включающего 103 наименований. Объем диссертации - 158 страниц машинописного текста, в том числе 63 рисунка и 27 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость темы диссертации, дается краткое содержание её глав. Сформулирована основная цель работы и приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе изучения существующих литературных данных представлен обзор современного состояния знания о природе поглощения света и люминесценции в ПМП на основе А2В6.

В § 1.1 кратко, в виде справочной информации, изложены основные физические свойства ПМП, знание которых необходимо при изучении люминесценции: методы получения ПМП, кристаллическая и зонная структура, фонон-ный спектр. Рассматриваются основные предположения и допущения теории кристаллического поля, которая преимущественно используется для определения энергетической структуры состояний Зс1-оболочки примесей группы железа в полупроводниках А2В6.

В § 1.2 рассмотрено влияние примеси марганца на собственную краевую люминесценцию и на примесную люминесценцию ПМП А21.хМп1.хВ6. Обменное взаимодействие магнитных моментов ионов марганца со свободным носителем, который локализован примесью или флуктуационным потенциалом, приводит при низких температурах к образованию связанного магнитного по-лярона - области намагниченности кристалла в пределах радиуса локализации свободного носителя или экситона. Взаимодействие спина носителя с магнитным поляроном увеличивает энергию локализации носителя, в результате чего происходит сдвиг линий излучательной рекомбинации связанного носителя или локализованного экситона.

Состояния 3(1-оболочки иона Мп2+ принимают участие в излучательных процессах. Внугрицентровой переход "Т^-^А! - причина интенсивной полосы желтой люминесценции СУьхМпхТе с максимумом около 2эВ. Это излучение наблюдается лишь в образцах большого состава (,¥>40%). Отсутствует однозначное объяснение природы неоднократно наблюдаемого и описанного в литературе интенсивного излучения в ближней ИК-области, которое характерно для образцов Сс11.хМпхТе любого состава. Основное предположение относи-

тельно природы этого излучения - впутрицентровой переход в ионе Мп2+, расположенного в некотором, отличном от обычного тетраэдричсского, кристаллическом окружении.

В отличие от ПМП с примесью марганца, полупроводники с примесью железа и никеля изучены сравнительно мало. Одна из причин этого - сложность выращивания совершенных кристаллов ПМП с примесью этих элементов.

Основная информация о влиянии примеси железа в А2В6 на оптические свойства получена на основе изучения спектров поглощения. В § 1.3 представлен обзор основных результатов. Наиболее детально исследован внутрицентро-вой переход между состояниями 5Е и 5Тг в ионе Ре2+, а также оптические переходы между спин-орбитальными подуровнями основного 5Е состояния. Многие линии спектра поглощения не могут быть поняты в рамках обычной ТКП, для их объяснения необходим учет взаимодействия внутрицентровых состояний иона Ре2+ с фононами.

Примесь железа в полупроводниках А2Вб создает в запрещенной зоне примесный уровень донорного типа, который оказывает значительное влияние на электрофизические и оптические свойства. Оптические переходы с изменением зарядового состояния иона Ре21 проявляются как в спектрах поглощения, так и в люминесценции. Донорное состояние примеси железа также играет существенную роль в процессе передачи возбуждения от неравновесных носителей состояниям Зё-оболочки. Наличие нескольких эффективных каналов безыз-лучатсльной рекомбинации с участием энергетических состояний примеси железа значительно снижает собственную люминесценцию полупроводников.

В § 1.4 рассмотрено влияние примеси никеля на процессы поглощения и излучения в ПМП. Оптические переходы между близкорасположенными внут-рицентровыми состояниями иона №2+ приводят к богатой структуре оптических спектров. Наибольшее число особенностей наблюдалось в широкозонных 2п8 и 2п8е. В Сс1Те наиболее интенсивное поглощение и излучение связано с внутри-центровым переходом между состояниями 3Т1(Р) и 3Т1(Р) в ионе №2+. Описание Зё-состояний на основе оптических спектров в рамках ТКП требует обязательного учета взаимодействия этих состояний с фононами.

Внутрицентровые состояния никеля обычно создают в запрещенной зоне полупроводников А2В6 уровни акцепторного или донорного типа, которые участвуют в оптических переходах. Так особенности в спектрах поглощения вблизи края собственного поглощения объясняются процессами ионизации ионов никеля (данные особенности обычно называют полосами с переносом заряда). Процессы с изменением зарядового состояния никеля играют определяющую роль в процессе передачи возбуждения от неравновесных носителей внутри-центровым состояниям.

Несмотря на значительные успехи в изучении роли магнитных примесей группы железа на оптические свойства ПМП на основе А2Вб, по мнению автора, имеется целый ряд ещё нерешенных проблем. Не существует однозначной интерпретации примесного излучения С^.хМпхТе в ИК-области спектра. Не изучалась люминесценция, связанная с примесью железа в С(11.хМпхТе. Большинство существующих в настоящее время результатов по изучению энергетической структуры Зс1-оболочки основаны на исследовании оптического поглощения, но при этом за рамками исследования остается тонкая структура расщепления основного состояния Зс1-оболочки магнитной примеси. Отсутствует также информация о характере взаимодействия основного состояния Зс1-оболочки с фононами. Не ясна роль процессов ионизации магнитной примеси в люминесценции различных ПМП. Все это подчеркивает необходимость дальнейшего исследования процессов люминесценции в ПМП.

Вторая глава посвящена описанию особенностей методики возбуждения излучения электронным пучком. Детально описана применяемая в работе для измерения спектров КЛ установка «электронная пушка». Приводятся характеристики исследованных образцов полумагнитных полупроводников.

В третьей главе приведены основные результаты изучения КЛ образцов СёьхМпхТе в диапазоне составов Х= 0-Ю.4.

В § 3.1 детально исследованы механизмы излучательной рекомбинации нелегированисго Сс1Те. Показано, что основными механизмами собственной люминесценции являются излучательная рекомбинация локализованных примесями экситонов и оптические переходы с участием примесных и зонных со-

стояний, предложен возможный состав неконтролируемых примесей в этом материале.

В §§ 3.2 и 3.3 приводится описание зависимости спектров КЛ С(11.хМпхТе от температуры Т и состава X. Увеличение Т и X приводит к исчезновению структуры спектра краевого излучения. С ростом Т положение максимума спектра сдвигается в длинноволновую область. Увеличение X сдвигает максимум в коротковолновую сторону в соответствии с увеличением ширины запрещенной зоны. Предложены функциональные выражения Ее(Г,Х) для наблюдаемой зависимости.

Сложная структура краевого излучения исследованных образцов и возможные механизмы излучательной рекомбинации в образцах большого состава (Л>1%) рассмотрены в § 3.4. Спектр излучения образован наложением трех близких линий. Для их разделения использовался метод аппроксимации спектра суммой гауссовых функций, реализованный в виде компьютерной программы. Положение и полуширина компонент спектра краевого излучения различно зависят от температуры, что позволяет идентифицировать соответствующие механизмы излучательной рекомбинации. Эти механизмы - рекомбинация экситонов, локализованных на акцепторах, локализованных на флуктуа-циях кристаллического потенциала, и рекомбинация зона проводимости - акцептор. Значительное увеличение энергии локализации экситона с ростом состава свидетельствует об образовании в области локализации экситона связанного магнитного полярона. С увеличением состава свыше 30 % процесс формирования полярона ограничивается антиферромашитным взаимодействием ионов Мп2+, которое разрушает магнитный полярон.

Зависимость от состава полуширины линии рекомбинации локализованного флуктуационным потенциалом экситона хорошо описывается квадратичной зависимостью, что соответствует полной локализации экситона как частицы флуктуационным потенциалом.

Примесь марганца в СсГГе приводит к появлению в спектре КЛ новых полос излучения. В § 3.5 анализируется полоса люминесценции Сс^гМпо.ззТе, связанная с внутрицентровым переходом 4Т1—НА] в ионе Мп2+. Детальный анализ зависимости формы спектра полосы внутрицентрового перехода от темпе-

и

ратуры и сравнение этой зависимости с теорией сильной линейной связи, а также использование метода моментов спектральной функции, позволили определить энергию принимающего участие в оптическом переходе фонона (~20мэВ) и эффективное число фононов (параметр Хуана Риса 5 ~ 4,5), излучаемое в процессе перехода.

Для объяснения природы интенсивного излучения в ИК-области было сделано предположение об участии в излучательных механизмах внутрицен-тровых состояний неконтролируемой примеси железа. Проведенные в главе 4 исследования КЛ образцов С<ГГе:Ре и Сс1ьХРехТе подтвердили эту гипотезу.

Глава 4 описывает результаты изучения спектров КЛ Сс1Те:Ре (концентрация Ре от 1017 до 1020 см"3), С(1: ХРе:;Те (X до 4%) и Сс1ьхМпхТе:Ре (концентрация Ре около 1019 см"3).

В §§ 4.1-т4.3 приведены характерные спектры КЛ, их зависимость от концентрации железа, изменение спектров с ростом температуры и уровня возбуждения. Определено, что основные механизмы КЛ в этих ПМП связаны с внутрицентровыми состояниями иона Ре2+. Спектр КЛ состоит из широких полос: 10 (максимум 1.44эВ), II (1,65эВ, наблюдается в С(11.хМпхТе с А' более 15%), 12(1.35эВ) и 13 (1.15эВ). Примесные полосы 1ь 12 и 13 вызваны внутрицентровыми переходами ^(Р)-» 5ЩО), ^(Н)-» 5Е(0) и 3Т1(Н)-> 5Т2(0) соответственно, а полоса 10 - с излучательным переходом с изменением зарядового состояния иона железа: Ре3+ + е -» Ре2+ + Ау (один из общепринятых терминов - полоса переноса заряда (ППЗ)). С увеличением концентрации примеси железа происходит значительная гибридизация внутрицентровых состояний соседних примесных атомов, а также этих состояний с зонными состояниями, в результате чего увеличивается вероятность процесса безызлучательной передачи энергии возбуждения Зс1-оболочке. При этом наблюдается полное тушение люминесценции полосы 10. Интенсивность полос с увеличением концентрации железа увеличивается.

Положение краевого излучения СсГГе не изменяется в результате легирования железом, как отмечается в § 4.4. Наблюдается коротковолновое уширение полосы краевого излучения, что, вероятно, связано с увеличением концентра-

ции примесных центров донорного типа и увеличением интенсивности излуча-тельной рекомбинации экситона, локализованных на этих центрах.

Детальному исследованию примесного излучения посвящен материал § 4.5. Примесные полосы 12 и 13 имеют составную структуру, выявить которую помогает исследование временной кинетики тушения люминесценции. Полоса 13 образована наложением двух полос: внутрицентрового перехода и 11113 с переходом в возбужденное 5Т2 состояние. Аналогична структура полосы 12. Время жизни различных внутрицентровых возбуждений примерно одинаковы и составляют несколько микросекунд. Переходы с изменением зарядового состояния ионов железа более вероятны и их характерное время несколько десятых микросекунд.

Значительная полуширина полос внутрицентрового перехода в ионах Бе2+ обусловлена взаимодействием электронных состояний с фононами. Независимость полуширины этих полос от температуры в диапазоне от гелиевой до комнатной и выше затрудняет точное определение энергии перехода. Однако слабая фононная структура полос, наблюдаемая в образцах с минимальной концентрацией железа (-101' см"3), позволяет определить энергию переходов 3Т!(Н)-> 5Е(0) и Т^Н)-» 3Т2(0). Эти значения использовались при определении параметров примесных центров в рамках ТКП. Согласно ТКП, энергия внутрицентровых состояний иона Ре2+ в тетраэдрическом окружении кристалла А2В6 определяется как собственные значения матриц уравнения Шредингера, матричные элементы которых зависят от параметров электрон-электронного взаимодействия Б и С и величины кристаллического поля Вц, Мы использовали в работе для определения параметров ТКП ионов Бе24" и №2+ метод нелинейной аппроксимации, реализованный в виде компьютерной программы. С помощью этого метода определялись подгоночные параметры В, С и £>¿7, для которых энергии полученных из спектров КЛ оптических переходов наилучшим образом соответствовали энергиям переходов, вычисленных согласно ТКП. Характер взаимодействия основного 5Е и возбужденного ^ состояний иона Бе2+ с фононами оказался различным, что было отражено на полученной конфигурационной диаграмме этих электронных состояний.

Существенное влияние примеси никеля с концентрацией Л,№~1017^1019смл на спектры КЛ полупроводников ZnO, гп8, ¿пБе, Сей и тройных твердых растворов ZnI.xCdxSe, ZnSl.xSex и 7пкхМпх8е продемонстрировано в пятой главе.

Общая характеристика спектров КЛ, их зависимость от температуры описаны в § 5.1. Присутствие № в минимальной концентрации не влияет на структуру краевого излучения. С ростом Л^ наблюдается значительное снижение интенсивности как краевого, так и собственного примесного излучения - никель создает эффективные каналы безызлучательной рекомбинации неравновесных носителей.

Легирование никелем приводит к появлению новых примесных полос излучения в видимой и ближней ИК-области спектра. Наиболее интенсивна широкая полоса излучения, наблюдаемая для всех изученных ПМП в области около 2эВ. В 7п8:№ наблюдается две полосы излучения в видимой области: ~2 и ~ЗэВ. Излучатель! 1ый механизм этих полос обусловлен процессом изменения зарядового состояния иона № (ППЗ). В этом процессе акцепторное состояние иона №+, образованное в результате ионизации, захватывает свободную дырку, которая излучательно аннигилирует с электроном (1-оболочки. Ион никеля переходит в зарядовое состояние №2+. В гпБ никель помимо акцепторного состояния может образовывать в запрещенной зоне и состояние донорного типа, которому соответствует зарядовое состояние иона №:" . Аналогично описанному выше происходит процесс излучательной рекомбинации с участием донорного состояния М5*.

В спектре наблюдается ряд примесных полос внутрицентровых излуча-тельных переходов в ионе №2+, наиболее интенсивная полоса соответствует пе-реходу^РЬ^ВД.

В спектрах КЛ некоторых ПМП наблюдался эффект значительного самопоглощения излучения в результате внутрицентровых переходов в ионе (§ 5.2). В спектре интенсивной ППЗ 2п8е:Ке:№, гпО:№ и ZnS:Ni возникает селективное тушение люминесценции, тонкая структура которого позволяет восстановить вид спектра поглощения в результате внутрицентровых переходов в Зс1-оболочке иона никеля.

Материал § 5.3 посвящен описанию влияния внутрицентровых состояний №2т на излучательные процессы ПМП. Подчеркнута роль ионизованных состояний №2+ в процессе передачи возбуждения от неравновесных носителей состояниям (¿-оболочки. Соотношение энергий внутрицентрового состояния и комплексного состояния «ионизированный ион никеля +свободный носитель» существенным образом влияет на соотношение вероятностей излучательного и безызлучательного характера этого процесса.

Изучение формы спектра ППЗ позволяет определить эффективную энергию фонона, участвующего в оптическом переходе и эффективное число излучаемых фононов.

Совокупность линий бесфононных переходов в спектре люминесценции внутрицентрового перехода 3Т1(Р)—> 3Т1(Р) - основа расчета с применением ТКП энергетической структуры Зс1-состояний в §5.3. Наблюдается значительное превышение расчетных значений спин-орбитального расщепления возбужденного 3Т1(Р) состояния по сравнению с экспериментальными данными. Для основного состояния это расхождение не столь значительно. Это показывает различный характер влияния электрон-фононного взаимодействия на спин-орбитальное расщепление этих состояний.

Большое число линий фононных повторений в спектре хорошо описываются процессами с участием кристаллических фононов. Но в спектре присутствуют линии, которые могут быть объяснены лишь участием в излучательном процессе локальных колебаний или значительно модифицированными элек-трон-фононным взаимодействием электронно-колебательными состояниями.

Изучению влияния атомного окружения магнитной примеси на внутри-центровые состояния никеля в тройных твердых растворах Хп^хСсЬсЗе и ХпБьхБех посвящен материал § 5.4. Спектральное положение ППЗ в этих соединениях свидетельствует о том, что энергия акцепторного состояния иона никеля относительно зоны проводимости и валентной зоны изменяется с изменением составах. В растворах с анионным замещением внутрицентровые состояния ЬП2^ значительно модифицируются, в растворах с катонным замещением наблюдается их незначительный сдвиг при сохранении энергетической структуры.

Несомненный интерес представляет изучение влияния различных магнитных примесей друг на друга в одном ПМП. Изучение спектров КЛ образцов 2пьхМпх8е:№ показывает, что внутрицентровые состояния магнитной примеси марганца или никеля сохраняют свою оригинальность даже при значительной концентрации другой примеси. Обнаружено, что увеличение концентрации Мп и связанное с этим образование флуктуационных кластеров намагниченности, влияют на пространственную ориентацию волновых функций Зс1-электронов ионов №2+ и значительно увеличивают степень поляризации внутрицентровой люминесценции.

Подводя итог, отметим главный результат работы ■ метод катодолюми-несцентного исследования позволяет эффективно изучат!, излучатсльные переходы с участием внутрицентровых состояний магнитных примесей в А2Вб, наблюдать излучение в широком диапазоне интенсивностей и спектральном диапазоне, что часто невозможно для других методов исследования люминесценции. Структура спектра КЛ служит основой для определения структуры состояний Зс1-оболочки, энергии расщепления основного и близрасположенных возбужденных состояний, для выяснения роли взаимодействия этих состояний с фононами в оптических переходах.

Значительным препятствием для эффективного использования метода является несовершенство существующих в настоящее методик выращивания ПМП (особенно с примесью Ре), при которых получаются образцы неудовлетворительного качества. Для отработки методик необходима совместная работа технологов и физиков. Лишь образцы с большим квантовым выходом, малой концентрацией неконтролируемой примеси и дефектов позволят в дальнейшем получать результаты, важные для окончательного понимания природы излуча-тсльных механизмов в ПМП.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что в исследованных ПМП основными механизмами ка-тодолюминесценции являются: в краевой области - излучательная рекомбина-

ция локализованных экситонов, в примесной области - излучательные переходы с участием энергетических уровней с!-оболочек магнитных примесей.

2. Показано, что локализация экситонов в твердых растворах Сс^.хМпхТе при гелиевых температурах происходит: при малых концентрациях марганца (состав X менее 1%) - на акцепторах, при больших концентрациях (X более 1%) - на флуктуациях кристаллического потенциала и на акцепторах с образованием магнитного полярона. Определена энергия каждого из перечисленных типов , локализации.

3. Впервые показано, что неоднократно наблюдаемая ранее люминесценция Сс^.хМпхТе и других ПМП с примесью марганца в ИК-области не связана с примесью марганца, а объясняется внутрицентровыми излучательными переходами неконтролируемой примеси железа.

4. Исследована и объяснена на основе теории кристаллического поля примесная люминесценция с участием внутрицентровых состояний Зс1-элекгронов примеси железа в СкП'с и более широкозонном Сс^.хМпхТе.

5. Показано, что интенсивная люминесценция в желтой области спектра катодолюминесценции кристаллов 7,п8е, СёБ, ЪпО и тройных твердых растворов ZnSxSel_x, 2п1.хС<1х8с, ¿ПьхМпхйе, легировонных никелем, обусловлена процессами излучательной рекомбинации, происходящими с участием внутрицентровых состояний при изменении зарядового состояния примесных ионов №2+.

6. Наблюдаемое селективное тушение люминесценции в ПМП с примесью никеля вызвано явлением самопоглощения излучения в результате внутрицентровых переходов в 3¿-оболочке иона №2+.

7. Впервые на основе анализа формы спектра внутрицентрового излуча-тельного перехода 3Т](Р)^> ^(Р), характера поляризации его компонент и зависимости интенсивности его компонент от температуры предложена энергетическая структура основного состояния 3Т1(Р) иона №2+, которая объяснена на основе теории кристаллического поля с учетом взаимодействия внутрицентровых состояний с фононами.

8. Показано, что энергетическая структура 3^состояний иона никеля в тройных твердых растворах с катионным ^п^хСс^е) и анионным (2п8х8с].х)

замещением зависит от состава раствора X. Показано, что донорный уровень иона Niw в этих тройных твердых растворах не привязан к зоне проводимости или валентной зоне, а его положение относительно зон меняется с составом. Предложена схема расположения зон относительно донорного уровня иона в зависимости от состава твердого раствора.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ

ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Вавилов B.C., Чукичев М.В., Резванов P.P., Фам Ван Бен, Соколов В.И., Суркова Т.П., Наумов А.Ю. Люминесценция ZnO, содержащего элементы группы железа//Изв. РАН, сер. Физическая. - 1992. - Т.56. - №2. - С.180-187

2. Вавилов B.C., Резванов P.P., Чукичев М.В. Катодолюминесценция CdTe:Fe/,Wn. - 1994. - Т.28. - №5. - С.897-899

3. Вавилов B.C., Резванов P.P., Чукичев М.В. Катодолюминесценция Ziii.xMnxSe:Ni//HeopraHH4ecKHe материалы. - 1995. - Т.31. - №10. - С.1307-1309

4. Vavilov V.S., Rezvanov R.R., Chukichev M.V. Intracenter luminescence of Ni ions in A2B6 semiconductors/TInternational school-conference on physical problems in material science of semiconductors, Chernivtsi, Ukraine, September 1116, 1995 Abstract Booklet, Chernivtsi, 1995, p.325

5. Вавилов B.C., Чукичев M.B., Резванов P.P., Фам Ван Бен, Соколов В.И., Суркова Т.П., Наумов А.Ю. Люминесценция соединений А2В6, содержащих элементы группы железа/ТВсесоюзная конференция по люминесценции, посвященная 100-летию со дня рождения акад. С.И.Вавилова 26-28 марта 1991 г., Москва, Тезисы докладов, стр.27

6. Вавилов B.C., Резванов P.P., Чукичев М.В. Внутрицентровая люминесценция Zni.xMnxSe:Ni//The First International Conference On Material Science of Chalcogenide and Diamond-Structure Semiconductors. Abstract Booklet, Chernivtsi, October 4-6, 1994, vol.2, p.123

7. Вавилов B.C., Резванов P.P., Чукичев М.В. Катодолюминесценция CdTe:Pe//l-5i Российская конференция по физике полупроводников, Тезисы докладов, Н.Новгород 1993, том 2, стр.219

8. Вавилов B.C., Резванов P.P., Чукичев М.В., Фам Вам Бен, Савицкий А.В., Фльяницкий К.С., Власюк В.И. Катодолюминесценция твердых растворов CdMnTe/УЗ-я Всесоюзная конференция "Материаловедение халькогенидных полупроводников", Тез. докладов, Черновцы 1991, Т.1, стр.92

9. Вавилов B.C., Резванов P.P., Чукичев М.В. Внутрицентровая люминесценция №2+ в полупроводниках А2В6//2-я Российская конференция по физике полупроводников. Тезисы докладов. Том 1, стр.122, Зеленогорск 26 февраля - 1 марта 1996 г.

10. Vavilov V.S., Rezvanov R.R., Chukichev M.V. Cathodoluminescence of Cdj.xMnxTe in the near infrared region//Second internatinal school-conference «Physical problems in material science of semiconductors», Chernovtsi, Ukraina, 812th September 1997. Abstract booklet, p.122