Оптическая ориентация и люминисценция в легированных полупроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.4

ШЩЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР Л1/ГГЕРАТУРЫ.И

1.1 Оптические переходы в полупроводниках

1.2 Оптическая ориентация носителей в полупроводниках.

ГЛАВА II. ОПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ "ВАЛЖГНАЯ ЗОНА-ДОНОР" В СЛУЧАЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЦИРКУЛЯНЮ ПОЛЯРИЗОВАННЫМ СВЕТОМ.л.

2.1 Введение.

2.2 Оптическая ориентация нейтральных доноров в случае изотропной валентной зоны.

2.3 Учет гофрировки изоэнергетических поверхностей валентной зоны в оптических переходах "валентная зона-донор".'.

ГЛАВА III. ОПТИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ "ВАЛЕНТНАЯ ЗОНА-ГЛУБОКИЙ

ПРИМЕСННЫЙ ЦЕНТР" В ПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ.

3.1.Введение.

3.2.Оптическая ориентация глубоких примесных центров

ГЛАВА VI. НЕПРЯМЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ В ПРО

МЕШ0ЧН01 ОБЛАСТИ КОНЦЕНТРАЦИИ.

4.1. Введение.

4.2. Частотная зависимость формы спектров люминесценции твердых растворов типа /)з В-5"

Изучение оптических, явлений в полупроводниках занимает важное место в общем комплексе исследований свойств полупроводников. Это связано со специфическими. особенностями оптических свойств и спектроскопических методов исследования вещества вообще. Характер взаимодействия света с полупроводниками определяется как свойствами света : спектральный состав, поляризация, интенсивность, направление распространения, так. и свойствами полупроводника и на первом месте его зонной структурой. Большое, а иногда и определяющее влияние на процесы излучения: и поглощения света в полупроводниках оказывают внеигние условия — температура, давление, электрические и магнитные поля;, Оптические методы играют решающую роль при изучении твердых тел, их свойств и структуры. Они. дают наиболее точную и. прямую информацию о физических процессах с участием излучения твердых тел, так как они очень дифференцированны. и не настолько чувствительны, чтобы исследование осложнялось мешающим действием, других процессов, протекающих в кристаллах. Оптические методы без разрушения, без сильного воздействия на вещество позволяют получить надел<дную и точную информацию о его свойствах, о структуре электронных энергетических зон.

Оптическим свойствам полупроводников посвещено большое количество книг [1-9] . Обзор разнообразных рекомбинационных процессов сделал в работах Стерна [ю] , Шэна [я] , Мак Лина [12].

Недавние теоретические и экспериментальные исследования показали, что оптические переходы в полупроводниках наиболее интересны при. поляризованном свете. Выполненные в диссертационной работе исследования: связаны с разработкой современных оптических методов, основанных на использовании поляризованнаго излучения.

В последнее время развилось новое направление в области оптических исследований полупроводников — оптическая ориентация электронных и ядерных спинов в полупроводниках. Система ориентированных пси спину носителей б полупроводниках представляет значи-телБНый интерес для исследований кинетики рекомбинации и спиновой релаксации, для выявления особенностей зонной структуры, для измерения времен жизни и времен спиновой релаксации [45, 47 ^ * Использование оптической ориентации в сильных магнитных пшшх для сильно связанных спиновых систем электронов и ядер привело к созданию нового метода оптического детектирования ЯМР [52] »

Особую важность тлеют вопросы оптической ориентации глубоких . примесных центров, так как. именно они используются для создания твердотельных лазеров. Описание оптических свойств глубоких центров было недавно существенно улучшено в работах В,Й.Лереля и И.Н;Яссиевич [74] , которые учли реальную зонную структуру полупроводника в рамках модели потенциала нулевого радиуса» Именно это позволило исследовать вопрос об оптической ориентации глубоких центров в аналитической форме, без использовании численных методов. Поэтому разработка и исследование вопросов об оптической ориентации примесных центров;в полупроводниках является современной и актуальной задачей в физике полупроводников».

Целью настоящей работы является :

1* Теоретическое исследование поглощения поляризованного света при оптических переходах "валентная зона - донор" и "валентная зона - глубокий примесный центр" ¿, Исследование явления оптической ориентации мелких и глубоких примесей, возникающего при поглощении циркулярно поляризованного света.,

2. Теоретическое изучение частотной зависимости непрямых оптических переходов с участием примесей в твердых растворах типа

АдВ^ в области концентраций, когда положение центрального и боковых электронных, энергетических минимумов зоны проводимости близки.

По своей структуре диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения с основными выводами и списка использованной литературы.

Основные результаты работы опубликованы в статьях [57] ,[58], [66] , [78] .

В заключении я хочу выразить свою глубокую благодарность доктору физико-математических, наук, профессору И.П.Ипатовой за научное воспитание, руководство и внимание во время работы над диссертации.

Мне хочется также поблагодарить кандидату физикО'-математических наук ВЛ.Харченко и кандидату физико-математических наук А.В,.Субашиеву за совместную работу, помощь и поддержку, которую они оказывали мне во все время работы.

1. Рыбкин С.М., - Фотоэлектрические явления в полупроводниках. -М : Физматгиз, 1963.

2. Панков Ж., — Оптические процессы в полупроводниках. -М : Ыир, 1973.3., Оптические свойства полупроводников /полупроводниковые соединения типа AgBg /. ред., Уиллардсон Р., Вир А. - Мир , 1970.

3. Бассани Ф., Пастори Парравичини Дд.,, Электронные сотояния и оптические переходы в твердых телах,. ~М : Наука, 1982.

4. Мосс Т., Оптические свойства полупроводников. - М : ИЛ, 1961.6., Мосс Т.,,- Баррел Г., Эллис Б,. Полупроводниковая оптоэлектроника., М : Мир, 1976.

5. Уханов Ю.И., Оптические свойства полупроводников. - М : Наука, 1977.

6. Грибковский В.Л. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. - М : Наука и техника, 1975.

7. Излучательная рекомбинация в полупроводниках. ред. Покровский Я.Е., - Наука, 1972.

8. Stern F., Elementary Theory of Optical Properties of Solids , Solid State Phys,, 1963, vol.15, No 2, p.299 338.

9. Mb bean T.P., The Absorption Edge Spectrum of Semiconductors Progr. Semicond., 1960, vol.5, p.53 78.12., Pann H.J,, Infrared Absorption in Semiconductors, Rep. Progr. Phys., 1956, vol.19, p.107 155.

10. Давцдов A.C. Квантовая механика. - M : ГИ Физико - матема

11. Мотт Н.,Ф.,, Онедцон й.Н. Волновая механика и ее применения., - М : Наука, 1966.

12. Гайтлер В., Квантовая теория излучения., - М : MJ1, 1956.

13. Ландау Л.Д.,, Лифшиц Е.ш., Квантовая механика. - М : Зшз-матгиз, 1974.

14. Cheesman I.C., The Structure of the Long Wave Absorption Edge of Insulating Crystals.

15. Proc.Phys.Soc,, 1952, vol,A 65,p.25.

16. Bardeen J., Blatt P., Hall L., Indirect Transitions from the Valence to the Conduction Bands, Photoconductivity conference 1954, New York, p.146 154.

17. Hall H., Bardeen J., Blatt P.J., Infrared Absorption Spectrum of Germanium, Phys.Rev,, 1954, vol.95, No2, p.559 560.22.- Давыдов A.C., Теория твердого тела. ~М : Наука, 1976.

18. Dumke W.P., Spontaneous Radiative Recombination in Semiconductors, Phys.Rev,, 1957, vol,105, No 1, p.139 144,24„ Dumke W.P., Indirect Transitions at the Center of the

19. Brillouini Zone .With Application to h 5b, and a Possible New Effecte, Phys.Rev,, 1957, vol.108, No 6, p,1419-1425

20. Macferlane G.G., Roberts V«, Infrared Absorption of Germanium near the Lattice Edge ,

21. Phys.Rev., 1955, vol.97,No 6, p.1714 1716.

22. Prener J.S., Williams P.E., Characteristics of Large Band Gap Compound Semiconductors , J.Chem.Phys.Solid, 1959, vol.8,p. 461 473,

23. Shaffer J., Williams P., Energy Levels and Transitions Probabilities for Donor « Acceptor Pairs, The VII International Conference on the Physics of Semiconductors, Paris, 1964, P. 811 818.

24. Williams F.E., Donor Acceptor Pairs in Semiconductors , Phys .Stat.Sol., 1968, vol.25, p.493-512#

25. Thomas D.G., Augustiniak Wt, Hopfield J., Kinetics of Radiative Recombination at Randomly Distributed Donors and Acceptors, Phys.Rev., 1965» vol.140, No 1A, p.A202 A220.32., Dohler G.H., The Kinetics of Donor Acceptor Transitions in ЛлЗ Type Phosphors,

26. Phys,Stat.Sol.(b),1971, vol.45, p. 705 719.33., Добрего В.Л.,, Шлимак Й.С;,, Межпримесная излучательная ре -комбинация в компенсированном германий, §ТП, 1967,т.1,№10, е.,1478 -1485.

27. Меркам JI., Вильяме Ш,, Конфигурационное взаимодействие и корреляционные эффекты в спектрах донорно акцепторных пар Известия АН СССР, Серия физическая, 1973,.т.ШШ, Ш, с-803 - 809.

28. Екимов А.й.,, Сафаров В.И., Оптическая ориентация носителей при межзонных переходах в полупроводниках, Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 12, 1Ю, е. 293 -297.

29. Захарченя Б.П., Шлейшер В.Г.,, Джиоев Р.й., Вещунов Ю.П., Русанов К.Б., Эффект оптической ориентации электронных спиновв кристаллах Gq , Письма в ЖЭТФ, 1971, т.,13, Р2, с.195-197

30. Екимов А.И.=, Сафаров В.И., Наблюдение оптической ориентации равновесных электронов в полупроводниках типа,. Письма в ЖЭТШ, 1971, т.13, с. 251 -254.

31. Дьяконов М.й.,, Перель В.И., О возможности оптической ориентации равновесных электронов в. полупроводниках, Письма в ЖЭТШ, 1971, т.,13, W 2, е., 206 208.

32. Дьяконов М.й.„, Перель В.К.,, О спиновой ориентации электронов при межзонном поглощении света в полупроводниках, ЖЭТШ, 1971, т.60, № 5, с.1954 1965.

33. Берковец В.Л;,, Екимов А.й., Сатаров В.И., Оптическая ориентация в системе электронов и ядер решетки в полупроводниках, ЖЭТШ, 1973, т.65, II-0 2, с.346 361.

34. Дымников В.Д„, Ретина И.й.Сапега В.Ш.,, Роль отщепленной подзоны в поляризации горячей фотолюминесценции в полупроводниках типа. Аз , ШТТ, 1981, т.23, № 3, с.731 738.

35. Дымников В.Д.,, Перель В.И., Полупанов А.Ш., Вероятность оптических переходов зона проводимости акцептор в арсенрщегалия, ®ТП, 1982, т.16, № 2, е., 235 239.

36. Ипатова И.П., Узунова Я.Т.,, Харченко В.А., Поглощение поляризованного света при оптических переходах донор валентная зона, Труды XIX Всесоюзного съезда по спектроскопии , Томск , 1983, с.170 172.

37. Ипатова И.П.,, Узунова Я.Т., Харченко В.А., Поглощение поляризованного света при оптических переходах донор валентная зона,'ФТТ, т.25, Р 8, с.2334 - 2337.

38. Захарченя Б.П.,, Новые методы исследования полупроводников, Чтения памяти А.Ф.Йоффе, Наука, 1983.

39. Piers Т., Meier P., Photoemission of Spin Polarized Electrons from 6<*#S , Phys.Rev.B, 1976, vol.13, No 12, p.5484 - 5500.

40. Ансельм А.И., Введение в теорию полупроводников., M : Наука, 1978.

41. Ребане 10.Т., Инфракрасное поглощение и плазменное отражение ■ в полупроводниках '. р типа, ШТП, т.14, Р 2, е., 289 - 294-.

42. Гельмонт Б.Л., Дьяконов M.ÏÏ.,, Примесные состояния в полупроводниках с нулевой запрещенной зоной, Материалы четвертой зимней школы по физике полупроводников, 1972.

43. Ипатова И.П., Узунова Я.Т., Харченко В.А., Оптическая ориентация глубоких примесных центров, ФТТ, 1984-, Р 2, т.26, с. 372 ~ 377.

44. Келдыш JI.В., Константинов О.В;, Перель В.И., Эффекты поляризадии при. межзонном поглощении, света в полупроводниках в сильном электрическом поле, ®ТП, 1969,т.3, № 7,с.1042-1053.

45. Келдыш Л.В., Глубокие уровни, в полупроводниках, 1963, . т.45, 2/8/, с.364 -375.

46. Lukovsky С#, On the Photoionization off Deep Impurity Cen -ters in Semiconductors , Solid State Communs. , 1965, vol.3, No 2, p. 299 307.

47. Бонч-Бруевич B.JI;,, К теории захвата носителей заряда глубокими ловушками, в гомеополярных полупроводниках, Вестник МГУ, Физика, астрономия, 1971, т.5, Р 1, с.12 23.

48. Каллуей Дж., Теория энергетической зонной структуры. М : Мир 1968.

49. Koster G. , Slater J., Wave Function for Impurity Levels , Phys.Rev., 1954, vol.95, No 5, p. 1167 1176.73., Koster: G.P., Theory of Scattering in Solds , Phys.Rev, ,1954 vol.95, No 6, p. 1436 1443.

50. Перель В.EL, Яссиевич И.Н.,, Модель глубокого примесного центра в полупроводниках в двухзонном приближении, ЖЭТФ, 1982, т.82, № 1, с.237 245.

51. Капе 0-, Band Structure of Indium Antimonide, J.Phys.Chem.Sol. 1957, vol* 1, p. 249 261.

52. Пихтин A.H., Оптические переходы в полупроводниковых твердых растворах, ШТП, 1977, т.11,, Р 3, с¿.425 455.

53. Бирюлин 10.,$., Шмарцев ГО.В.,, О возрастании интенсивности фотолюминесценции твердого раствора fit х при изменении состава, ШТП, 1978, т.12, Щ 4, с.822 824.

54. Платова И.П., Субашиев А.В., Узунова Я.,Т.,, О частотной зависимости формы спектров люминесценции твердых растворов , Ш1, 1979, т.13, № 7, с.1424 1426.

55. Алферов Ж.,й., Амосов В.И.„, Гарбузов Д.З., и др., Исследование зависимости от состава люминесцентных свойств твердых растворов 6« P*flsH иfe, ФПГ, 1972, т.6, Р 10,с.1879-1887.

56. Дымников В.Д.„, Мирлин Д.Н., Перель В.И.,, Решина И.й., 0 линейной поляризации горячей фотолюминесценции в кристаллах арсенида галия, ФТТ, 1978, т.20, Р 7,с.2165 2174.

57. Милне А. —Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках.-М : Мир, 1977.

58. Мастеров В.Ф., Саморуков Б.Е., Глубокие центры в соединениях А3В5 , ФТП, 1978, Т.-12, Р 4, с.625 652.

59. Ройцин A.B., Теория глубоких центров в полупроводниках , ФТП, 1974, т.8, Р 1, с.З 29.

60. Мастеров Б.§„, Глубокие центры в полупроводниках , ФТП, 1984, т.,18, Ш 1, с.З 23.

61. Бонч-Бруевич Л.Б., Вавилов В;,С;., Проблемы физики полупроводников, Изв. вузов СССР, Физика, 1971, 4, с.,7 13.

62. Luttinger J., Kohn W,, Motion of Electrons and Holes in Perturbed Periodic Fields ,

63. Phys»Revv», 1955, vol.97, No 4, p»869 888 ,93.= Цидильковский H.M.,- Зонная структура полупроводников, -М : 1978, с.108.

64. Lipari N,, Ва ldereshi A., Angula г Momentum Theory and Localized States in Solids, Investigation of Shallow Acceptor

65. States in Semiconductors ,Phys.Rev»Lett.,1970,v.25,No24,16601664

66. Гельмонт Б.Л., Дьяконов М.й., Акцепторные уровни в полупроводнике со структорой алмаза, ФТП, 1971, т.5, Р 11, с.2191 2193