Оптические исследования изоэлектронных уровней в CaF под давлением до 9ГПа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ А К А Д.Е М И Я НАУК ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИИ

имени Л.®. Верещагина

На правах рукописи УДК 5Э9.0:+532.89:

К Р А С Н О В С К И И ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ

ОПТИЧЕСКИЙ КССЛЕДСВАШШ Й30ЭЛЕКТР0!КЫХ УРОВНЕЙ в еаР ПОД ДАВЛЕНИЕМ ДО 9 ГПа.

01.04.07 - физике твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

Троицк - 1992

Работа выполнена в Институте Физики Васоюа Давлений РАН.

им.Л.Ф.Верещагина Научный руководитель работы -кандидат физико-математических наук

ЕР01ЕЦ М.И.

Социальные оппоненты

Ведущая организация

-доктор физико-математических наук ПЕЛЬЭ.Г.

-кандидат фгаико-матеыатическнх наук

а а с-„с

Защита диссертации состоится СО? октября 1992 года на заседашш специализированного совета Института физики высоких давлений РАН по адресу: 142092 Моск. обл., Троицк, ИФВД РАН, конференц-зал в II часов.

С диссертацией можно ознакомится в библиотека Института физики высоких давлений РАН

Автореферат разослан "_"_1992 года.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физико-математических наук А.®. Татарченко

f ' 1 • 1 ^ ' t—. ч ^

" ..... Введение.

Изучение глубоких уровней (г.у.) м, нн1 г zn-o в саР и в других полупроводниках aiiiby предстапля*т ссльшсП потерес по двум причинам. Во-первых, ггргиеск м, zn-o в g,ip широко используются в светодиодной технике, в Оистродойствущих электоонных устройствах, в схемах передачи инфо^ащп1. и различных оптико-электронной схемах (i). К{Х>!№ того, трется возможность применении фэсфада галлии в лазерной техник»; для модуляции и преобразовании свата. Непрерипша прэгрезс в данных областях греОует псе Ооявв глубокого понимании механизма образования г.у. нй ловукках рэс-личнсй приводы: одиночнш: атомаршх (к), парких а том них <nhi), "молзкуляргаис" (zn-o) Hi) примера aap. Данный вопрос является втгро» причиной пристального внимания к данной теме в последила 25-30 лет. Немэло внимания уделяется и прооломм« свлзмьанил зкситонов на г.у. различной природа (включая псд/пр0Е0дник0выа сверхрвшотки) опять »9 с двух точек зрения: прикладной н фундаментальной. С последней точки зрения весьма интересно пзучшша системы алР(н,NMi) п условиях, когда г.у. раснологаюгся вблизи зоны проводимости, когда энергии связи экситоио» становятся ровными или моиыив ьнергии связи свободного зкситона.

Природе примесного потенциала v ответственного за иригикение электрона к атому азот» (или парам mU) в сш> посвящено много исследовании f г. э j. в обеим виде дитшД потенциал состоит из трех частей с различим эф&жппишм радиусом действия. Как известно, от величины области действия потенциала зависит область зоны Ьрилл».эна, вносящий оирвделяиций вклвд вформирование p,y.t чем меньше оОлнсть действия потенциала в r-нространствв, том Оольюпя область в к-простраиство eil соответствует. Под атияшем гидростатического давления происходит ¡кмел^ние зонной структуры овр, причем рзэнме долшш х-, г- и Г- im« ют различны« барически« коу^финиинтн (-n.s, «и» »»v/JTIa

соотьсгсгзешк-). Изучая поведение г.у. под воздействием гедюститичиского давления, юшо оценить влияние отдельно взяты?. состаыяххши на «Хормирование примесного потенциале v, Эго мэкно схелагь когда г.у. располагаются вблизи зоны проводимости а энергии связи 5КСИТОНОВ становятся равными или меньше гжергm сгяэи свободного экситона, при этом вклада отдельных ссставлвдих v сильно изменяются. Цель рэооты. Целью диссертации является изучение глубоких уровнен к, ma. zn-o в Gap под влиянием давления до 10 ГПа при низких температурах. Каутязя нопгэ:чэ работа.

1. Впервые при помоаш и то дики измерения спектров люминесценции в Gop<h,nn1) в условиях высоких давления (до 8 ГПа) йшю обнаружено, что глу&окио ловушки mu (i-i,5) остаются глубокими вплоть до пересечения с эоноЯ проводимости, а как минимум для лоБушек »шз и шч существуют резонанса в Х-долине оонн проводимости.

2. На основе существуй!ш теоретических моделей был произволен расчет поведения глубоких уровней nni под влиянием. 13 целом расчет совпадает экспериментальными дашшыи.

3. Экспериментально било обнаружено, что энергия свяои аксятонов на глубоких ловушках игл хорошо подчиняется закону {корень квадратный из энергии связи пропорционален давлению) вп.ло':ь до перехода экситона из сильносвяэанного состояния (короткодействущиЯ потенциал v«r.) в менее связаююе (длинодействуадий потенциал v.).

4. Поведение "молекулярной" изоэлектрошюй ловушки zn-o под влиянием давления характеризует ее как "глубокую" вплоть до вхоадения уровня в зону проводимости и исчезновения люминесценции (около 10 ГПа).

5. Виги разработаны и испыташ новые варианта камер высокого давления: алмазная камера типа "закругленный конус плоскость", алмазная камера типа "закругленный конус -плоскость с лункой".

6. Был разработан и испытан низкотемпературный пресс для оптических исследований с АК совместно с методикой заполнения

о

ч

\ ' \ \

рабочего объема АК газообразным гением в качестве среда передапцей давление.

Практическая ценность работ. Исследованные кристаллы

GaP(N,NNi), GaP(Zn-O) ШИРОКО Применяются В СВеТОДИОДГЭП

технике, в квантовых генераторах. б u с т ро де й с т вд юют электронных устройствах. Кроме того, результаты данных исследований могут Оыгь применены для практической работа с системеми caAs.pi-«, inAB.Pi-«, ко торце в с во» очередь широко распространены практически во всех соластях микроэлектроники. Аппробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: по высоким давлениям в физике полупроводников (II-13 августа 1990 г.. Порто-Каррас (Греция)), по О'.гике и техника высоких давлений (24-26 апреля 1989 г., Троицк), по высоким давлениям в науке и технологии (7-1I октября I&9I г., Бангалор (Индия)), по сверхрешеткам и микроструктурам (август 1990 г.. Берлин), на 28-м международном совещании Европейской групн по высоким давлениям, а также на Ь 1-м Всесоюзном совещании "Достижения, проблеммы и перспектив« оценки высоких давления", Минск, 1986г Выносимые ввтором на защиту основные полевения сформулированы в виде "основных результатов" в конце автореферата. Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 6 статьях и 8 докладах на международных и всесоюзных конференциях.

ООьем раОоты. Работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 140 страниц машинописного текста, 38 рисунков, 3 таблиц и список цитируемой литературы из 136 наименований.

Содержание и структура раОоты.

Во введении обоснована актуальность теш, изложено состояние проблемы к моменту написания диссертации. Излагается научная новизна работы, приводятся основше положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится обзор литературы по изоэяектроншм уровням как источнику формирования глубоких уровней а

полупроводниках Aiiiay, по имеющимся моделям механизмов связи ?лектроюв (íb-poK) на примесях. Более подробно рассматриваются г.у. и,юн в Gap (эксперимент и методы расчете), "молекулярные" г.у. zn-o в Gap, рассматривается влияние давления на дашше г.у. Отдельный параграф посвяден описанию молекулярного подхода к влиянию давления на г.у. в сэр. Оснсы:о>! моделью связывания электрона (и экситонз) на примесном центре является модель iitl [4]. Модель htl является прообразом "молекулярного подхода" к формированию глубоких уровнен, ока часто применяется кэк удобный инструмент для рассмотрения механизмов связи, освобождения и рекомбинации экситонов в присутствии примеслого центра. Среди известных подходов к описанию механизмов связи пока нет полностью удовлетворительного. В наиболее сложных р-спрос храненных тлвлях, не учитывающих искэжешя ре шеи ai атомом гтримеси, используются атомные волновые функции либо коэффициенты псевдопотенциала. Наиболее полным примером использования атомных волновых функций является расчет Faulkner [2] для сар:н. В • данном расчете рассматриваются неэкрацировлшше псевдопотенциалы для азота и фосфора, а разница учитывается по теории возмуцежй. В работе [э] показано, как можно использовать свойства модельного или эмпирического потенциала v(q>, чтобы решить, какие связанные состояния наиболее вероятны для различных дефектов в заданной основной реиетке. В другой работе [5] было показано, что ооычше эффекты и поляризации и искажения основной решетки за счет- примеси приводят к энергии связи близкой к нулю.

Очень важной и интересной явилась экспериментальная работа cohén et.ai. [6]. В данной работе авторы наблюдали возбужденные состояния экситонов связанных на азотных парах hn . Все предыдущие экспериментальные работы касались свойств самого нижнего энергетического состояния связанных экситонов. В этой работе исследовался спектр возбужденных состояний связанных экситонов из которых была точно определена энергия связи (энергия ионизации) дырки Eh-40 s>ev.

Кроме классического способа формирования г,у. путем

иэоэлвкт{Ъ1шого замещения одиночного axetsa существует л другой способ, примером которого леляптсл кошяаксы zn-o и cq-o и Gap. Для пари zn-o (cd-o) возможно cOpasmmie комп/.окса .ближайших юседеП, когда донор о и акцеаюр zn занимает блииаШипе друг к другу узлы р я са. Зто расстояние в СоР рагно 2.36 А, при таком близком расположены заряженных центров комплекс долкен действовать как НйПтрзлышП диполь. Рекомбинащ'.я связанных экситопср для рззкоудалегпшх пар zn-o наблюдается Еввде широкс" линни ллщшбсцеццм с максимумом при 1.77 ev (при 300 К).

В изучении природа г.у., давление», как изьеняешй физический параметр, играет очень Сольшухг роль. При воздействии гидростатического давления уменьшается постоянная решетки кристалла, при этом изменяется обгем элементарной ячейки, что приводит к изменешда зонной структуры кристалла. При изменении давлении механизм образования г.у. остается прекшал, изменяются лшь опюсктелыио Еклады различных процессов в данный механизм. Подобные яссяедсЕаная могут дчть ценную информацию как о сгнои механизме образования притягивающего потенциала для свободьгя носителей в система Gap:«, так и о взаимодействии дащюго потенциала с системой связанных и свободных экситонов. Эта нн^сруащш особенно интересна при нри'шшешш энергетических уровней езязашиге па нн парах экситонов к уровню свободного ■экситона и запрещение;! зоне. исследование связатшх зкситоисп именно в данном энергетическом диапазоне может внести ясность и механизм связнпннин экситонп на изозлеьтронйоП принеси, а именно, прояснить что является :1рич1!!!иП тпр.понкя ко¡ютко доticтву»mго потенциала примеси и в одг: или различив лсепдопогепниалов (эликтр отрицательности) мчжлу и и г [2.7], и>i;i сядышо целя напряжений вокруг примеси (■ ,П], ¡ил: оба дшшня случая одноцшненно 19]. Н отиопюшш компаса '»-о в Gap изучение в.'шягия дявчгчцш на пего нп?мт дать очр-м1 - дрйстпиге.пыгз ,1И данный урп^нь ян'шптся глулжш «.¡?п дяиаотлм не с.подут ни

.3н ПДПоЛ ИЗ Л-'ЧШ» 5П1Щ |1|<>РО),'1(НОГТ11) ПО <ЧЮЛЙ нрир^ПЯ.

В,1шя'!ия девлзккл на г. у. в Gap может быть ТЬОрчТИЧеСКИ описано с помощью молекулярного подхода, разработанного p.vogi [10]. Основное гггкздт*-.• ¡¡ожекно модели ссстоит в том, что поведение ояеогик г. у. определяется анергией зон невозмуипшюш остова (например оаг-) и атомными структурами примеси (например и). Пси описании тькоЛ "квазиатсмной" природы дефзктос замещения в полупроводниках да лыю действующей частью поаеигиалз примесного атома (н) пронобрегвыт. Изучение зависимости энергии г. у. от гидростатического давления может Сыть полезно для для определения симметрии прг/мзсн и наиболее ^альшх атомов-претэодеитои, ответственных за данный глубокий уровень. Изучении данного вопроса иосвяшш работа {II], которая выполнена примерно тем же коллективом авторов, что и с Юз п является логическим ее продолжением с щлшлоченнем в к 'честве изменяемого параметра гидростатического давления.

Зо второй главе представлены экспериментальные методики »1 устройства, иепольэовавкмзоя для исследования оптических свойств в условиях сильного сжатия: алмазные каморы высокого давления, методика подготовки га к работе, католика клзкотешзратурнкх исследований под давлением, оптическая установка для получения спектров люминесценция в алмазных камерах-

Для оптически исследований полупроводников mtiby под давлением, как правило необходим дзшвкия до Ш>20 П1а [12]. Л аник II диапазон давлении легко достигается с помощью алмазной камеры высокого давления (АКВД). Наиболее распространениями АКВЛ сегодня являются элмазше камеры с плоскими нпковчльнями [13]. Область высокого давление в данных аппаратах создается между наковальнями при их сжатии. Для реализаций гйдтюстэтшйского сжатая образца ыевду наковальнями иочощают квтп.ялическуо прокладку, в п<знтре которой вткшыгт отвпрс. гие. В это отверстие помеиаит пуфостатическуп с;«\лу т^тщуш давление, образен и оптический датчик давления (обычно руяия). Конструкция данной ЛКВД представлена на рис.1.

Рис.1. с плоскими наковэлышми. Она содержит корпус ввиде цилиндра I, моришь 2, подышше опори из тшпдого сплава 13,14, алмазы, котировочные бинты 9,15, гаскотку г отверстием 3, толкатель 5, пру- ну 4, $иксирупиуп гайку 6, фнксирупцие алмязи кодыш 7,8, сОрегическуп опору 1Г. держатель сферической опори 10.

Рис.2 АКВЛ типа "закругленный к'щуо-плосиость". Кям«ра содержит I - цилиндр, 2 поршеяь, 3 - прукину. 4 -закругленный конус из сиптотического ка^онадо (я-0.6 т и

мм) или из природного алмаэа с--] ), Г> - птоскап опора из необработанного природного члмеэп, метнпличвсквл прокладки (гвсклткв) о отверстием, 7 • нодт^пя опора к» твердого оштпп РК, Й пинтн. 9 - оулярь, Н> йякпиру«пчя гол»«1.

С целью сделать А1ШД более простоя и более удооной в работе

Сила разработана АКВД тша "закругленны/! конус - плоскость".

Яритшпиэльная возможность проведеш1я оптических измерений в

алмазной камере такого чипа была показана [14,15). АКВД типа "закругленшй конус - плоскость" изображена на рис.2.

Подготовка АКВД к работе осуществлялась в следующей последовательности: облавливание гаскетки, изготовление отверстия, закладка образцов, заполнение отверстия средой, передающей давление. АКВД данного тша позволяют получать гидростатические давления 10*20 ГПа при рабочем объеме около в 50x10 мкм в зависимости от радиуса закругления конуса индентора. В них проводились исследования сар(гп'-о) [16) и люмогена оранжевого [17] при гидростатических давлениях до 10 ГПа.

АКВД типа "закругленный конус - плоскость с лункой" является следующим шагом в разработке камер тша "закругленный конус -плоскость" с цель» увеличения рабочего объема камеры при гидростатических исследованиях. Разработке АКВД данного тша предшествовало исследование распределения давления по контакту жесткого алмазного индентора с твердым сплавом [15,1В]. Принцип действия АКВД данного тша (рис.3) основан на деформировании основания вследствие внедрения в него жесткого алмазного ¡шдентора. При вдавливании индентора в плоскость с лункой уже при небольших смещениях пластически деформируются края лунки. При этом на краях лунки возникает давление 15+20 ГПа. При этом давление в лунке существенно меньше, чем на краях вследствие малой сжимаемости среды передающей давление. При дальня Пием нагружеяии индентора вместе с ростом диаметра контакта расширяется область пластической деформации основания, давление в лунке медленно возрастает, приближаясь к давлению в области контакта индеитора с краем лунки. Огшсаная выше АКВД типа "закругленный конус - плоскость с лункой" обладает простой и надежной конструкцией, рабочий объем в 10 -50 раз превосходит рабочий объем других конструкций V позволяет достигать гидростатических давлений до 25 Гиз Ц9]. Данная АКВД снла использована для изучения люминесценции

дхзмогена оранжевого как чувствительного элемента для датчика высокого давления [20], а также образцов сар(гп-о) [16).

Низкотемпературные исследования проводились при гелиевых температурах, при этом АНВД помещалась в оптический криостат в которий направлялось опт «основ излучент. В криостате АКВД находится в жидком гелии и с помощью откачки гелия могут достигаться низкие температуры - до Г.5 К. Криостат содержит

Рис.з. АКВД типа "закругленный конус - плоскость с лункой".АКВД содержит: I - плоское осиопя!п:е с углублением, 2 - образен , Я - рубтюшй датчик, I - ор».ла, давление.

(рпс.4): I - капку, 2 - азотную рубашку, 3 - внутренний объем, 4 - "теплое" окно. 5 - "холодное" окно, 6 - АКВД. Через оптические окна в АКВД направлялось возбуждающее излучение, через них же наблюдалась люминесценция.

При использовании в качестве среды, передающей давление, смеси спиртов • методика эксперимента позволяла производить измерения одной точки по давлению за одну заливку гелия, при этом точность попадания в заранее заданный диапазон давлений составляет около 0.5 ГПа. Данной скорости измарений и точности диапазона давлений явно недостаточно для изучения нелинейного поведения оптических переходов в сар(н,ш!), т.к. спектр люминесценции образцов содержит около 30 близкорасположенных линий с различными по величине барическиш производными. Для преодоления указанных недостатков была разработана методика заполнения отверстия гаскегки гелием в качестве среды, передающей давление. Гелий в данном качества являэтся наилучшим объектом среда жидкостей и благородных газов при низких температурах, так как позволяет изизнять давление в АКВД непосредственно при гелиевых температурах без нарушения гидростаткчности [21]. что крайне важно для измерений в заранее заданном диапазоне давлений с точностью до 0.02 ГПа. Для заполнения отверстая в гаскетке газообразным гелием было разработано специальное устройство [22,23)- рис.5. Для изменения давления в АКВД находящейся в эддком гелии был разработан низкотемпературный пресс [2] - рис.3. Низкотемпературный пресс состоит из 7 - винтового пресса, 8 -пружины, 9 - сильфвна, 10 - резиновых уплотнений, II -тефдшювых колец, 12. - тонкостенных силопередаида труб, 13 -зажима для АКВД, 14 - толкателя. Возможность изменения давления в АКВД непосредственно в жидком гелии при сохранении гидростатичности позволяет за время одной заливки криостата провести измерение 4+5 точек по давлении. Кроив того позволяет непосредственно во время эксперимента получать зэранеэ определенные давления с хорошей точностью 1 0.02 ГПа.

11

Рис.4 Ончичвскка криостат с камерой высокого дашюнич н низкотемпературным прессом (22j.

Рис.5 Устройство для заполнения АКВД гелием. Оно содержит: 1-сосуд высокого давления, 2-входное отверстие, 3-фиксирунцая гайка, 4-силопередающий винт, 5-Олок передачи усилия, ч5-винтовая пара с даХФеренционной резьбой, 7-силопередатоий толкатель, 6-АКВД, 9-тефлоновые уплотнения (22,23).

Оптическая схема установки для исследования спектров лшшвсценшш показана на рис.6. Оптическая система оОлад-ает следуицими параметрами: I) позволяет наделять участок площади в камере высокого даачения линейннм размером около I мкм, 2) позволяет «{окусировать лэзерлнг луч в пягно « 2-3 дам.

Для регистрации спектров фотолилкиесцеишм испольэояолся КСВУ-23 (Комплекс спектральный вычислительна универсальный). В состав комплекса входит микро-ЭВМ "Эл№ тропика ДЗ-28*. устройство ввода-вывода, цифровой вольтметр Щ1516, блок управления шаговыми двигателями »юнохроматора. иатричнов печатавшее устройство УЕВПЧ-30-004 и ОЗУ. Вапимодейотвиэ всех блоков Iссмплекса осуществляется при помощи ш<.ро-ЗВ11. Позднее была осувйсталена модернизация комплекса: замене ,113-23 на 013М следующего поколения гвн рс ат/хт. .....

лКНД

МОДУЛЯТОР

IV

в

44-

Z_

А

Ч Г

усилнгель] и сшнн ЛЕТ

А.

-----»1

I

I

ИЩ'- '¿ч |

..... 1 Ч'ЛУ

.) щТбнГ

Г ТТЛОК! ¡1 |||1\мни|

энм

Рис.6. Оптическая схема установки. Она содержит I - источник возоукдания (но-са, лг-лаэери, ртутная лампа), 2 - линза оно ш, 3 - фильтр лазерного излучения СГС-20, 4 - делительная пластинка, 5 - мнкрооОъектив, 6 - АКВД. 7 - фильтр Х!С-17, 8 -диафрагма, 9 - поворотная призма, Ю - окуляр с линзой, II -

К0НД«НС0РНЫЙ ОО1.0КТН», 12 - МОНОХРОМЯТОР.

г

Рис.7. Спектры люминесценции образцов саР(Н) при различных давлениях (иэ экспериментов 126.27]). Концентрация азота

N « 10"спа.

В./Цлтьей..гд:шом рассматриваются ?кспвг"мвита.льш.|0 данные по влиянию давления на г.у. н»и в см\ приводится расчет данного влияния, сравнение расчетам* и эксггаримонтзлмо/х 'данных, обсуждаются механизмы связи экснтонов на логушках мт п влияние давления на глубокий уромень гп~о в Gap. Изучение связанных зкситонов в <;«'> (Н) уже наводилось пря гидростатическом давлении до .3.8 ТТЛ [24]. Било обнорунено литейное изменение энергия юлуч.чгельной рекомбинации экситонов связанных на центрах mu (l-i. .7). Для экситона, связашюго на одиночном азоте, была обнаружено непрерывное изменение тангенса линейной зависимости п области около 0.4 ГПэ. Фотолюминесценция лкслгонов, связанных на m,mhi, исследовалась и до более высоких давлений - до 6 ГПа ( при 77 К) (25}.

На рис.7 представлены спектры лм/мнесцеиции образцов cai>(H) при различных давлеттях (2(3,27]. Наибольшей интенсивностью обладают лишга n(nhi,h»i, с ростом давления последовательно исчезают линии н, un*, ин>, mil. ни*. нт. Изменение положтгая уровней HMi с ростом д^м^-ннл показано на рис.8, включая Лamiuo из (26]. -В н;ги п области давлений изменения положение кэядого уровня «гнойно, далее проходит через максимум и приближается к ассимтотикв (f&j/rfp—14.6 nov/ГПа. Барические коэффициенты (в nev/ГПэ) fini <i-i,.5) уровней приведены в табл.1 вместе с теоретическим расчетом из (24].

i .—r_,„. 2 ....."5------ 4 " $..........

cfEnm/ifp 15.4 21.0 1.4 . Э 5.4 4,0

cIE»* 1 /cfP 1Й.7 20.6 1.2 .6 6.4 4.5

d£n»i JdP 16.4 ' "l'. i -3.6 -6.6 -в . 6

dZ»»t/dV i?5j. . 0.141 - 0. 126 - -

Гэвл.1

Для случая iap(M) нами производился расчет на основе метола функции Грина с использованием функций Костерэ-Слэтерэ (28). Рзсчитзнные такт образом зависимости e»»i(P) представлены на рис.9.

ЭНЕРГИЯ УРОВНЯ (еБ)

s

« ífe1

ЭНЕРГИЯ ФОТОНА (еВ)

С M К К (в

> I- Ь N U V

о Ol О О О u>

Анания »к<;пв1ияюнталы1нх дачных о гкч'^и-тщ под литшняш Г.у. МНЗ И ННЗ И ИХ (рЩОНИХ ПОВТОРЕНИИ ПРШЮДИТ к шводу о существовать резонансных состояний мт и низ в зоне проьодимости. Чтобы прояснить этот ронроо бия проведен анализ теракте рннх времен процессов« элект^к-электроимого вэвимодойствия, рекомбинации ак.ситонов, с вяз чины к на нейтральном доноре (г>*х центр«»), испускания фононов (ш.гл). Данный временной анализ показал, что тОлыение переходе о испусканием фонона ю воэмояно баз наблюдения безоконного переходя что и наблюдается в »кспернмонто.

О механизмах связи экситонов на лопушках нш следует отметить следующее. Теория и эксперимент хорошо опишвавт примесные уровни им» как. обусловленные короткодействующим потенциалом до 0.8 ГПл. Однако л да/спи!* рвйотв применялись болыяго лавле)гая (до 8 П1а), которые позволили проследить за примесними уровнями вплоть до вхождения их в вону проводимости. рассмотрим вероятные явления возникающие при таком переходе более подробно. Ми наблюдали, что при давлениях превышающих Ржа, примесный уровень ти следовал за блиаайикм (Х-) минимумом зоны-проводимости. По-видимому, ото объясняется тем. что при ипгаих давлениях короткодействующий потенциал уяч мал для связывания гжситоно. Тем не менее экситон, по-видимому, связывается на дэлыюдепсгвуюцем потенциале

0 мрпктершм размером ао»25 А. Полезным для данного исследования монет быть зависишсть энергий связи экситонов нм1 при переходе с глубоких ловушек (потенциал V™. с областью О.М А) на мелкие ловуики нт (потенциал V» с областью го*25 А и более) от области локализации экситонов (расстояния между азотными парами нн1) представленная на рис.10., а также зависимость данных энергий от дввления - ряс.II.

Следует принять »о внимание поправки, связанные с искажениями решетки с«р при внедрении в нее атомов н. Как указывалось в первой главе подобные искажения могут быть

ответственны за механизм связи электрона на атоме н и парах

ta *o Я

SI

:aJ

8

L

8» ne

ol ля!

rj. НЫЛ

s

о mu»

a kh*4

4

4D RM

i.o *.<¡ а.о

РАССЮ«Ш NNi (А)

loe

JPlitï. 10 Эиыюшомь нйОлщаемых suapriifl сьяэи &к< итонив ëh«i(fskci) от расстояния маисцу вэотшш» парами nní (i-i..s),

4*0

я

g Й i

; w

«о

• ta

аз

о «AI/

«M a

a МПЗ

NNi и

НИ* и

( в i

ДАВШИ» (Ша)

- А.........

«

Itsu.ll йь but; и иС'or i. щергай связи аксиюиоь im«iimko> при давлениях «выходов (рвкси») от лэшшния.

1W

uni. Наличие вклада деформаций в энергию связи электрона иь

нн1 парах внедрения в Gap (29) подтверждается анализом

поведения сверхрешеток с напряженннми слоями (СНС )

InCa^As/GaAa ПОД Давлением. В ЭТИХ Структурах

о

несоответствие параметров решеток < g»as: а=5.б5э л, тле:

о

а-6.058 а ) компенсируется за счет упругой деформации слоев гетероструктурц. В данной тетороструктуре нами было обнаружено, что чем глубже яма тем меньше барическая производная [30,31}.

Вхлад энергии деформации решетки в энергию связи экситонов нэ ловуппса nia имеет место, однако под давлением данный вклад слабо поддается теоретическому описанию.

Следует отметить еще один возшзный вхлад в механизм связи экситонов - поляризация реиетки за счет внедрения примесного атома и возмогшие связанные с ней деформации (расширение) решетки [5]. Го анализу наши экспершенталыых данных вклад соляризации. может быть оценен как положительная, т.е. увеличивающий энергия связи зкситона на при,«сном центре.

Нгми били проведены исследовагшя комплекса zn-o в Gap под давлением до 9.0 ГПа [16]. Целью исследований было изучение поведения г.у. Zn-o в Gap вплоть до давленлй 22.0 ГПа (давление перехода в Gap) для изучения природы дашюго центра. В районе 9.0 ГПа интенсивность лшннесценции красной линии резко уменьшилось. Характерный вид линий лшинесдонцни zn-o в Gap при различии давлениях представлен на рис.12. (о ГПа, 6.13 ГПа, 9.0 ГПа). Положение максимума линии лапшесцонцня приведено на ряс.13, данная зависимость хорошо описывается линейным законом &.»(evj - 1.77 +■ <7.112.2) nov/ГЛа. Зависимость полуиирюм линии от давления представлена нэ рис.14. Она хорояо описывается квадратичной функцией с

пэрда!этраш: Ь(яеУ)«240.6-1.5*Р-0.6<15Э*Р:1, ГДЭ Р ДЭВЛвНИв В

ГПа. ПроБеденвкз наш оценки давления, пря котором произойдет пересеченно ноль-фогогоюй лшаи (/-линии) с Х-долиноЯ зона зтройояп^х>ста с»? даст величину 9.4 ГПа, что я иабллдалось в

наших экспериментах: л&цщгсценщш комплекса zn-o в диапазоне давлений визе 10.0 ГПз зарегистрировано но было.

Изоэлектрокная ловушка zn-о в Gap, являясь "молекулярной" изоэлектронкой ловушко!! под влиянием давления ведет себя аналогично атомарным одаючкым (Н) н пар!шм (mU) изоэлэктроншй! ловуакаы: их барические производные их энергий лекат в диапазоне o«is Ksv/ГПа, ловушки остаются глубокими вплоть до вхоаденш в зону проводимости. Под давлением поведение г.у. zn-o в Gap в основном определяется поведением глубокого донора о как по барической производной, так и величине элйктрон-вонокного взадаодействия.

Рис. 12 Завис,HMOf'Tl, Ц< >| t.Ui И НОДпКнННЙ /ШИЛИ рвКОМ'1инВЩШ КГ1М11ПвИ1-Н '/ПО р оке Н ЗЙРИ1,.«М"<'Т« ОТ ДНПЦоНИЯ ( 1 *» | .

£, <?V

"гэп 7 Ао

л AMI IА ПОД! IU Лиг,

3 I

Ряс.13 Положение максимума линии люминесценции саг(гп~о) в зависимости от давления.

меВг

^ гзо ■

?ю -

X 5 «с

го

X

§"190-

Э >

5,70-

« ^

X__________А-

г 4 б лавлрппе

ГП*

Гис.14 Зависимость полуптриян линии ттюстюит г,ар{?,п-о) от от давления (вклвчал дптше Ц6|).

Осшшша результаты работы кратко форь^ирут'ся сладуища.1 образом:

1. Впервые щи помощи методики измерения спектров люминесценции в GaP(H,nNi) в условиях высоких давлений (до 8 ГПа) оыло обнаружено, что глубокие ловушки иш (l«i,s) остаются глубокими вплоть до пересечения с зоной проводимости, а для ловушек нмз и ын5 появляется резонансы в Х-долине зоны проводимости при дальнейшем увеличении давления. Данное наблюдение резонансов нн1 в Х-долине cap является первым для

CHCTeMH Ga-As-P (N,HHi).

2. На основе существующих теоретических моделей ечл произведен расчет поведения глубоких уровней hhi под влиянием давления. D целом расчет совпадает с экспериментальными данными.

3. Экспериментально было обнаружено, что энергия связи эксигонов на глубоких ловушках nni хорошо подчиняется закону (корень квадратный из энергии связи пропорционален давлению) вплоть до перехода экситояа из связанного состояния (короткодействующий потенциал v«,..) в менее связанное (длинодействующнй потенциал v.).

4. Впервые исследовано поведение "молекулярной" изоалектронлой ловушки zn-o под влиянием давления до 10 ГПа. Ее можно охарактеризовать как "глубокую" вплоть до вхождения уровня zn-o в зону проводимости и исчезновения лшинесценции (около 10 ГПа)

б. Разработаны и ипштши новые варианты камер высокого давления: алмазная камера тина "закругленный конус плоскость", влмйзння кчмеги тип я "закруглении!! к пцуп плоскость о иункой".

6. Внедрены методика з«М'> ниеяи н гапкетки алмазной камеры гелием в качеств« сродн иаредащяй давление и методика иипкотемиературнык "итических исследований в алмазной камере.

7. Юазржчо/гнн и испытан низкотемпературный "Р«сс для оптически«- И€!!П«ППРННИЙ С АН совместно С МЕТОДИКОЙ ЭШКИШОНИЯ рнОоЧРШ "бъомя Alt 1Ч1Г>1\оЛ[1НЧЦим 1-е ПИЧМ В 1'R'loСТП« грпдн iippnnfimllpfli п«пч1вни»

Ч 1

Основное содержание диссертации опубликовано з следушия работах :

( 1-ЫЙ СП1МЖ )

1. Епемец М.И., Краси'»!?с-и5й O.A., Усов rj.il., Шишков A.M., Оптические исследования в гидро-латв'гескпй алмазной камере "закругленный конус-цлоскость". Комплекс zn-o в Gar. Физика п тйхннкп высоких лзвлений, I9ö7, вып.20, стр. 92-96.

2. Рремец М.И., Краоновг.р.пП O.A., Степиюв А.II., Стружкш В.В., .Широков A.M. Авторское свидетельств СССР № 143ÍMC5 от 26.08.06, "Чувствительный элт>нт для датчика гнзокого давления".

3. М.И.ЕрэмеЦ, О.А.КраиговскиЯ, 'В.Д.Птружкш, A.M.Широков, L\ Л.Тимофеев "Установка для ниэкотомиоратуш&к оптических измерений с алмазными камерами".- Тягдаи Меящнпр. ко;гф. го физике я технике висок»« давления, 24-2в апреля 1489 г. стр.90

4. Еремец М.И., Краснппский O.A., Широков A.M. Авторское свидетельство СССР № 1496063 от 04.05.8?, "Устройство для создания cpppxHKCoi'iix давлений"

5. Еремац M. И., Крчсновский O.A.. Широков A.M.. Стчпацов А.П., Стружкян К.В. "Вииянкэ лавдапяя na флуоремотгапю лгмогена", Тезисн И 1-го Всосоюзного счдалмиия "Достигатя, проблеммн я перспективы оценки бысоких л.рг<л«ций", Нниск, ! -'86.

6. Рремец МЛ!.. Крзсновск:'^ п.А., Широков A.M., Тропя И.Л. "Изморе ¡им лапж<чия в алмчмьлс кемогэх", Т<к-<и"Н № 1-го Всесоюзного с«т«?иатп1я "Достто/мп, одгхМеммм и перспектив« ОЦвНКИ PIJfoKH* л-w '"ünífl**, Минск, Н'вР.

7. И.J riniiiul-5, Д Л!. Shi.ro>'.'?'. Л. В. Vnr frlompov, O.A. Krasnovpkij, Сю/oritiat icn of n i t-n-i J undsr lii^pntror for hirdtiess им? и- ir.'f. ruby лв я l «■<.■=» I ргвнячге sensor. Froc. SO amina] mprt.itvj of thr Entercan h'fjh p'r^nnr qrovp. Barrio, July IVO.

8. Ппрр^пчм-'пп л.К., FpoMSH М.И., Крчсттвсрий O.A., Широков Л.H. (Мпгоб орг^т.чоятьч предела ytmvrocTti mтгрл.'М'-п Авторскоа СПЯД"ТР1|ЬСТР'! Г1'; - Р 132069В ОТ "(1.07.85

9. M. I . Frfri'cti, О.Л.КгчяпмучМ), V. V.StMish1: in, vü-Л.

Tmoftifcv, A.M.Shirokov., Method at low-teoperature optical aeabureuiants with ili aiiiond anvii :еПв., High Press, liesearcti, Vol.5 , 8В0-882, 1990.

10. M.I.Eramet.s, O.A.Kt adiiovblilj, V. V.Struzilki n, A.H.SUlrakov - Bo'iiid exj tons iri GaJ> under pressure up to 10 GPa, Scmlcaiid. Sci. Tecltuoi. , 19B9, Vol.4, p. 267-268.

11. М.И.Еремзц, О.АЛ'шоновскпЛ, В.В.Отруикин, A.M.Широков, Ь.Л .Tm.jjash "Установка для иизкочсмивратуршх оптических измерений с алмазньми камерами".- 'Газти Монад нар. копф. по физике и технике еш:оклх давлении, Tjvwuk, 24-26 апреля 1989 г. стр.90

]2. S.G.Ljapiii, H.I.Eremete, О.А.Ktasnovskij, V ,£',KulakoveklJ , A.M.Shirokov, Т-CI. Andersson, Z.G.Chen, -£'ho«,ol uwinescence studies of InGaAe/GaAs quantum wells under hypostatic pressure up to 70 kLiar. Proc. 41it Inc. Coni High Pressure in SemJcoiulu :tar Physics, August 11-13, Porto-Can as, Greece, 1990.

13. S.G.Ljd^i,», H.l.Eremeta, О .A, Ki ctenovek i j, V.D Kulakoveklj, A. M. Sli irokov, T.fi. Anilerseon, Z.G.CIien, - lityli hydrostatic pressure study of 1 iKlriAs/GaAs quantum welle of Wfillfl of widths 30 to 16a A. "Super latt ice-Ч and Hie;» oatruotui ее" Vol. 10, И.З, p. )-)l 304, ( 1991) .

14, M. 1 .Ei ei.ets, о. ft .Ft at-uovak I \, V. v. fitruzlik in, AH.SIiitokov Effect of piestjiire mi defp IkvpIh lllii in G«P (II) Prou. of Kilt int. font, of lliqti Pi кант e scleni-н nitti Technology, 1 11 t-rt, 1991, BiiijiilPi e, Irclifi.

Л II T E l1 А 'Г У Г A

i. tiiju', II,Дни Сиегодиилм. u p А.З.Янович, М.Мир, 1979, о I р. IV 1.

г, Faulkinit Н.А., lliys - I'ev, , l''>, ИМ (1968).

Mien -I.H., Jourн. litis. , ( t, I'm, (1971) , 4. J.J.II'pf i«M, D.u.llioniil, к. I lynch, 1'Ьун. ReV.l.fttt. 1?, f), I'Mlllfi I H-, I'tiya, Hew. I cl I , V2?, id'i (1УЯ9). 6, К Coli'-it, !1 П.Ы1МЧ* ll'Ve- ti-v. H IS, II 7, 10 19, ( 1977 )

2 h

7. S.Brand, M.Juroe J.Phyu.CiColld State Phya., V.12, p.3789-279«, (1979).

8. J.M.Allen J.Phys.c. i Col id et.ffh/я. 1 I,il3i-3S.

9. Phillips J.S., Phys. Bev. Lett., V33, 2вЗ (I960).

10. P.Vogl Fastkorpcrprobloise V.21, 191, (1901) .

11. n.D. HontJ, O.M. Jenklna, g.Y.Rer», J.D.Dow rhya. TlQV. n, V.30, И 17, p.12549-13353.

12. C.Hardy, .C.N.Baronet, O.V.Tordion, Int. Journ. г?1Ю8Г. En#in., 3, <51, (1971).

13. A.Jayararaan,Rav, Bel. Instr., 37, p. 1010-1031, (1C0O),

14. I список £8

la. I список W3

16. I список #1

17. I список JS2

10. I список #7

19. I список M

20. I список i$5

21. V.Yafet, D.O.Thomas Phye. Pav. V.)31, HS, p.2403-2403.

22. I cmicoK Ю

23. I сгаюок MI

24. B.Gil, ft.BaJ, J.Caaasoel, H.Hathicu, C.Benolt Я la Guillaune, M.Hastrea, J.Vascual Phyo. Rev. D. V.29, 116, p.3398-3407, (1984).

25. Zhao Xue-ehl, LI Guo-hua, Han Ha-xlang, Hang 2iiao-pin0, Tang Ru-ning, Che Bong-zhen Chinese* Phyeica Latter» V.l, ill, p-15-lfl.

26. I список MO

27. I список »14

28. B.Gil, J.P.Albert, J. Сетевое 1, H.Mathleu Phya.Rev. », V.33, N4, p.2701-3712, (1988). ,

29. Huang K., Khye A., Proc, Roy. Soo. (Japan) 13, 899, (1958).

30. I список »12

31. I список »13