Оптические свойства сильно легированного арсенида галлия π-типа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

3 Г Б ОД

На правах рукописи

БОГДАНОВА Вера Александровна

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИЛЬНО ЛЕГИРОВАННОГО АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ п-ТИПА

01.04.10 — физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ОМСК 1994

Работа Бшюлнепа в Омском государственной университете.

Изучили руководители:

доктор йигисо-штаматическпх наук, профессор Семлколонова H.A. доктор тэхгагчаогагс наук, профессор Лиза Л. Л.

ОТлщлалыто оппоненты:

1. доктор физико-математических наук Гридчин В.А.

2. кандидат физико-математических наук Прудников В.В.

Ведущая организация: Институт физики по.тупрородпш'.св Сибирского отдолония Российской академии паук (г.Новосибирск)

Защита состоится I дегсас^и 1994 г. в 15 час. на засодшпш Специализированного Совета К 034.33.03 но присуждению ученоЛ степени кандидата физако-гатематичоскшс наук при Омском государственном университете (641077, г.Отек, пр.Г.!ира 55а).

Учений секретарь Сиоцгсаяизированного Cüeo та кандидат фкз. -мат. наук

ОЩА)Т ХАРАКТЕШСТКСА РАБОТ«

Актуальность теш;. Арсенид галлия прочно вышел на второе) место (посла кремния) по своему значению в современной электронной технике. Достаточно большая ширина запрещенной зоны, высокая подвижность электронов, благоприятные особенности зонной структуры, обуславлшающие возможность прямых межзонных переходов носителей заряда, сравнительная простота получения материала о хорошими изолирукщкми свойствами и высокой прозрачностью в инфракрасной области спектра, неплохие теплофлзические характеристики - исключительно удачное сочетание этих и ряда других свойств обеспечивают широкие шрепектйвы применения этого материала для изготовления широкой гаммы оптоэлектренных приборов (лазеры, сва-тодиодц, солнечные батареи, фотоприешшки, модуляторы), приборов СВЧ-техники (полевые транзисторы, генераторы на эффекте Ганна, лавинопролетнье диоды и т.д.), детекторов пошк.ярутацих излучений, "оптических окон" ц ряда других устройств,

В связи с развитием интегральной оптики возрос интерес к . сильно легированному (СЛ) арсенвду галлия, обусловлэнный превдэ всего высокой эффективностью излучательной рекомбинации в нем. На передний план вцдвпнулась задача управления составом и состоянием ансамбли структурных дефектов в кристаллах, требующая глубокого проникновения в проблему их взаимодействия. Электрофизические свойства легированного ЬаЬ, как и других полупроводниковых материалов, определяются многочастичными чссоциатами (комплексами) , ¡Торшруншмися вследствие взаимодействия заряженных ионов легпруюиеи пригласи и собственных точечных дефектов. Вопрос о распределении легирующих атомов представляет общую проблему-физического материаловедения легированных полупроводников. От ответа 1га него зависит понимание и прогнозирование многих свойств полупроводников. В кристаллах арсенида галлия, выращеннгз: методом Чохрэльского, при концентрации донорной примеси больше обнаружены эЗЛакты, не соответствующие традиционным прэдетавлениям о зависимости фундаментальных свойств полупроводников от уровня логнровашгя, базирующимся на предположении о случайном распределении примеси. Предполагается, что в области критических концентраций (Зь'.О ■ 1010см~3 возникает сверхрешетка заряженных сложных примесных центров, что должно изменять характеристики случайного примесного поля, существующего в систем«. Изменение электрешюго энергетического спектра вследствие примесного упорядочения

обуславливает особенности электрофизических свойств, в том числе оптических. Поэтому данная работа посвянрна изучению оптических свойств монокристаллов арсенвда галлия п -типа в области упорядочения в примесноЧ подрешеткэ. Кроме того, как известно, проблема идентификации дефектов в .сложна, ввиду неэффективности прямых методов, устанавливающих симметрию дефекта. Приблизиться к ее решег»ш можно лишь изучая влияние дефектов на оптические и электрофизические свойства материала.

Цель работа заключалась в установлении особенностей оптических свойств арсенвда галлия, легированного примесью У1 группы, обусловленных переходил от статчстически равномерного распределение сложных примесных центров к упорядоченному распределению; а такта в изучении возможности перевода полупроводникового соединения п-СаМ в состояние с упорядоченным примесным распределением путем внешнего воздействия.

• Для достижение этой целя.в работе были поставлены следующие основные задачи:

1. Систематическое исследование изменения параметров излу-чательной межзонной рекомбинации и рекомбинации через глубокие уровни примеоысс комплексов с увеличением степени легирования на серии образцов Оа^(Ге), выращенных в едином технологическом режиме.

2. Изучение влияния уровня легирования на параметры плаз-мон-фонончого взаимодействия в арсениде галлия, легированного теглуром.

3. Исследование влияния Ц1 -облучения малыми дозами на фотолюминесценцию арсенвда галлия, легированного теллуром, при различных уровнях легирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- в арсениде галлия, легированном" теллуром, обнаружено существенное возрастание интенсивности краевой фотолюминесценции при концентрациях свободных носителей заряда п0 = (3*4) • Ю^см""3;

- обнаружено уменьшение полуширины краевой полосы фотолюминесценции (ФЛ) по сравнению с величиной, соответствующей случайному раслределеюы примеси, при п,* (04)- 1018ом-3. При этих же концентрациях свободных носителей заряда выявлена новая полоса ФЛ с энергией максимума Р> ~ 1,47*1,48 эВ;

- получено прямое доказательство образования связанных плаз-юн-фононных возбуждений в СЛ исследований спектров оптической прозрачности в дальней ИК-области;

- показано, что при концентрациях свободных носителей заряда Пв > 3 -Ю^с'.Г^, имеет место аномальное изменение параметров плазмон-фононного взаимодействие - среднего времени релаксации импульса электронов п среднего времени жизчи ¿¿¡-Ъопъюв.

Практическая значимость работы. Расширяется возможность применения арсенида галлия, так как в области упорядоченного распределения примеси исследуемый материал-представляет новил класс сильно легированных полупроводников, кинетические явления в которых ко контролируются уровнем легирования. Во~первнх, обнаруженное явление открывает возможность создания принципиально новых технических решений на базе модулированной структуры с матам (по сравнении с искусственными сверхреиетками) вектором трансляции. Во-вторых, твердотельная база современной электроники, олто-, акустоэлектроники, интегральной оптики использует переходы с градиентом концентрации в широком диапазоне, поэтому • правильны!; учет явлеши фазовых переходов позволит организовать технологический процесс пэ детерминированному пути, обеспечить лучгаую воспроизводимость параметров.

IIa защиту выносятся следующие ословнне положения:

1. Аномальные оптические свойства арсенида галлия, легированного теллуром, при критических концентрациях свободных носителей заряда п„ - (3+4)•1018см~3:

- аномально высока.'! интенсивность фотолюминесценции, обусловленная увеличением времени жизни неосновных носителей заряда;

- уменьшение полуширины краевой полосы фотолюминесценции по сравнению с величиной, соответствующей случайному распределешго пригласи, свидетельствующее об уменьшении величины среднеквадратично]! флуктуации примесного потенциала;

- новая полоса фотолюминесценции с энергией максимума bu>„„lf~ 1,48 эЗ, не зависящей от концентрации свободна носителей заряда.

2. Аномальное изменение параметров плазмон-фононного взаимодействуя - среднего времени релаксации импульса электронов и среднего времени :мзни L0-фононов в арсенице галлия, легировшг-. него теллуром, при критических концентрациях свободных носителей заряда.

3. Увеличение времени жизни неосновных носителей заряда; появление новой полосы фотолюминесцонции с энергией максимума ¡¡и) ~ 1,48 эВ; увеличение среднего времени релаксации импульса

электронов могло непротиворечиво объяснить'в рамках модели изо-структурного фазового превращения, тлеющего место при критических концентрациях примеси.

4. Э]<|:9кт радиациошю-стшулировашого упорядочения в области предкритических концентраций свободных носителей заряда, который в монокристаллах имеет ту же природу, что и упо-

рядочение при критических концентрациях.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 12-ой Европейской Кристаллографэтеской конференции (Москва, 19БЭ), на ХП Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев, 1990), на У1 Международном семинаре по физике евгнетоэлектриков-полупроводников (Ростов-на-Дону, 1993).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит тг.7 страниц машинописного текста, 2 таблицп, 45 рисунков и список цитируемой литературы из 1ГЛ наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована Актуальность теш, сформулированы задачи исследования, их научная новизна, положения выносимые на защиту, 1 также приведена структура диссертации.

Пэтаая глава носит обзорный характер. В ней рассмотрены особенности и закономерности дефектообразования в арсениде галлия при лептровагаш донорными примесями У1 группы. В общем случае дефектность кристаллов зависит от типа и концентрации легирующей примеси, отклонения состава от стехиометрического и от метода и> рожима выращивания слитка. От уровня легирования зависит также механизм взаимодействия примеси с атомами и собственными точечными структурными дефектами матрицы кристалла. Выделены три основные области концентраций в легированном во всей области существования от слабого легирования до предела растворимости, в которых поведение примеси принципиально различно. (I) Область слабого легирования. Концентрация собственных точечных дефектов чувствительна к примесному составу уже с концентрацией прял ееи ~ ГО^см-^. При этом примесь донорного типа входит в матрицу соединения Ол/1$ в инактивной форма, изменение параметров системы с изменением концентрации доноров не описывается монотонными зависимостями. Отклонение параметров системы матрица-примесь от параметров водородоподобной модели в указанной области но тлеет

объяснения с точки зрения существующих в настоящее время процессов дефектосбразования. (2) Область сильного легирования. Основном процессом определяющим свойства кристаллов является комплек-сообразование. Политропия примеси при концентрации больше 1018см~3 подразумевает существование в кристалле таких когерентных состояний, которые являются продуктом ассоциации пршесных атомов и собственных точечных дефектов, но система в целом остается однофазным твердим раствором. (3) Область концентраций примеси, близкая к пределу растворимости. Пршесь локализуется в выделения второй фаза.

D области сильного легирования рассмотрено аномальное поведение электрофизических параметров п-Fa fis при изменении уровня легирования, свидетельствующие о том, что при определенных условиях происходит переход от случайного распределения примеси к • коррелированному распределению. Ана/шз изменения вкладов различных механизмов рассеяния носителей заряда в коэффициент поглощения свободными носителями /I/, зависимости молярной теплоемкости /2, 3/ скорости распространения упругой ультразвуковой волны от температура и концентрации свободных носителей заряда /3/ -позволил предположить, что при критических концентрациях ( 2 -10 см-3) в п -tsiifa происходит изоструктурннй фазовый переход с образованием примесной сверхреаетки.

Во второй глава приведены результаты исследования фотолюминесценции при различных температурах (4,5{-300К) на серии образцов арсенала галлия, легированного теллуром, с концентрацией свободных носителей заряда Пе - см"3.

Монокристаллы арсенида галлия во всей области легирования выращены мотодом Чохральского по единой технологии из расплавов стехиоиетрического состава (.с - 2 см/час, = 10 рад/мин, Ринерт- 1>5 атм.). Согласно масс-спектрометрическим измерениям максимальная концентрация остаточных примесей в образцах составила: Cr, Мп, Fe. Си ~ 5 ■Ю14ат/см3, Si, 3, С, 5-1015ат/см3.

Измерения спектров ФЛ проведены в области краевой и примесной рекомбинации. В качестве источника возбуждения использовался ОКГ ЛГ-75 с JiiojS - G328A. Интенсивность краевой ФЛ возрастает при увеличении концентрации свободных носителей заряда от IO*' до Ю13см~3, достигает максимума при П0 = 1018см~Э(77К), затем быстро уменьшается. Изменение интенсивности собственного излучения ( / ) о увеличением уровня легирования при

10^*2• 1018С;.гЗ соответствует общепринятым представлен:^!.

Уменьшение величины при пс г 1018см"3 при 77 ( п0 ?■ ?.■ 1018см~3 при 300К) объясняется уменьшением вреыешт жизни неосновных носителей заряда вследствие появления дополнительных каналов безызлу-чатольной рекомбинации с увеличением уровня легирования. При дальнейшем росте уровня легирования до концентрации свободных носителей заряда И0 = (3->-4)- Юсг.Г3 интенсивность краевой ФЛ еновь возрастает более, чем на порядок при 77К и почти на два порядка при 4,5К. В работе сделан вывод о том, что наблюдаемое возрастание интенсивности краевой ФЛ при концентрациях пв = = (3*4)-ГО^см-3 могло объяснить увеличением времени жизни неосновных носителей заряда. Анализ формы краевой полосы ФЛ и положения ее спектрального максимума в зависимости от уровня легирования показал хороыее согласие данных с теорией краевой люминесценции прямозонных полупроводников /4/ при Пс £ 2-1018СГ.Г3. Спектр краевой ФЛ обусловлен рекомбинацией свободных электронов с дырками, локализованными на акцепторных уровнях "хвоста" плотности состояния вблизи валентной зоны (ВТ-переходы) при кТ< £ где £ - характерная величина флуктуации примесного потенциала, величина £ определяет полуширину спектральной линии. При концентрациях свободных носителей заряда (2-5-4) ■ 1018см-3 наряду с полосой I , обусловленной ВТ-переходаш (А ю^си. ~ 1,52*1,56эВ при 77К, Ьи>тС1,_ = 1,44+1,48эВ при 300К) наблюдается при 77К дополнительная полоса 1г с Ь положение спектрального максимума которой не зависит от П0 . Одновременно наблюдается уменьшение полуширины краевой полосы ФЛ по сравнению с величиной, соответствующей случайному, распределению примеси. В работе сделан вывод о том, что увеличение времени жизни неосновных носителей заряда и уменьшение величины ^ согласуется с предположением о коррелированном распределении примеси в П-(гО.$£ при критических концентрациях Ц0 = (3-И) •1018см~3. Природа полосы •/, пока не ясна.

Исследование- примесной излучательной рекомбинации показало, что при- шшэдаршдаязс п0 ■= (2+3) • 1018см-3 происходит изменение состава дрнвдифрвдх сложных рекомбинационных центров. В области концентраций /10 1017+2 Ю1 см"3 наблюдается широкая примесная полоса ФЛ с энергией' максимума 1,21«-1,22эВ(77К) (полоса

Интенсивное®» этой полосы ФЛ растет с увеличением концентрации свободных: носителей заряда, проходит через максимум при Пв ~ 10 смТ3*,. затем резко падает. При 2-1018см~3 наряду с примескор- полосой ФЛ / появляется полоса с энергией максимума

Ь^лнис ~ 1.33-1,4оВ(77К) - полоса 1/р. Максимальная интенсивность этой полосы ФЛ наблюдается 1фи концентрациях/7о~3-1018см~3. Как известно, за полосу ФЛ отвечает комплекс Те^ , ллмшесцен-ция появляется в результате электронных переходов внутри центра и удовлетворительно описывается моделью конфигурационных координат. Зависимости онергии спектрального максимума и полуширины примесной полосы от концентрации и температуры, измерегагаа в работе, свидетельствуют о том, что в этом случае происходит рекомбинация свободных электронов и дырок, локализованных на примесном уровне. Определена энергия основного состояния центра, ответственного за полосу <5Л //'": ¿Е = 0,14+0,19эВ. Для определения сишетрни центров, ответственных за полосы фотолюминесценции I/1''

т ПР ~

и в работе был пртленен метод поляризационных диаграмм. Для полосы результаты измерений степеш! фотолюминесценции совпали с литературными /5/, на основании которых был сделан вывод о ионоклшшостн центра, отвечающего за данную полосу ФЛ. Для полосы Т>Л проведены измерения степени поляризации при резонансном возбуждении центра в ортогональной схеме измерений для ориентации кристалла (110)-(001), где первой указана грань, на которую падает возбуждающий свет, второй - грань, с которой ведется наблюдешге. Степень поляризации йр оказалась равной пулю (р 190°)~р (0') ~30%). Согласно феноменологическому подходу авторов работы /5/ такое поведение величин А/* в схеме наблюдения (П0)-(001) соответствует либо кубической ( 7^) либо триклинноп симметрпи центра.

Третья глава посвящена исследованию плазмон-фононного взаимодействия в снльнолегированногл • В работе проведены измерения: спектров ПК-отражения Я (со) при комнатной температуре монокристаллов прсеггада галлия, легированных теллуром ( П0 ч = М016см~3*С;,3 -1018см~3) в интервале частот Ю+КООсм"1 с помощью Фурье-спектрсметра I <р 5- //ЗУ. Экспериментальные зависимости К (со) анализировались с помощью дисперсионного соотношения ¿(и>)для взаимодействующей системы /^-фононов-плазмонов, для случая независимости вкладов плазмонов и /#-фононов л диэлэкт-рггтскую проницаемость £. Сопоставление экспериментальных зависимостей Я (со) с теоретическими для вычисления параметров плазм он-фоношюго взаимодействия проводилось методом Синглера и уточнялось нахождением минимизирующей последовательности фущщи-

оналс Тихонова методой Ньютона*. Варьировались параметры: статическая и высокочастотная диэлектрическая проницаемости, коэффициенты затухания (^ ) и частоты ( Ыр, плазмонов и фоно-нов. Метод позволяет получать величину интегральной невязки

2-Ю-3. На основашш найденных параметров рассчитывались собственные частоты плазмон-фононного резонанса в приближении независимости коэффициентов затухания плазмонов и фононов. Сравнения данних, полученных в работе, с литературными, полученными путем дисперсиошюго анализа с учетом взаимозависимости процессов затухания плазмонов и фононов, показало, что они согласуются между собой с точностью до предела погрешности (3+5/0.

Прямым доказательством образования связанных плазмон-фонон-ных состояли" в сильно легировагагом является исследова-

ние тонкой структуры спектров оптической прозрачности в дольно:", инфракрасной области, проведенное в работе. В слабо легированном £-аД$ на спектрах поглощения фиксировалась только полоса решеточного поглощения. В кристаллах, легированных до уровня с длгашоволповои стороны спектра решеточного поглощения появляется широкая полоса. По мере роста концентрации примеси полуширина этой полосы возрастает, максимум смещается в сторону коротких длин волн. Точки, соответствующие энергетическому положению максимумов характерных полос кристаллов различной концентрации, формируют две ветви кривых,качественно описывающие поведение плазмон-фононов в модельной система (образцы для измерения спектров пропускания готовились в виде порошка - слоев толщиной 1-5 мкм на прозрачной в ИК-области матрице).

В работа обнаружено, что изменение времени релаксации ил-пульса электронной и фононной подсистем с увеличением уровня легирования свидетельствует о качественном изменении состояния примеси в области критических концентраций. Время релаксации импульса электронов Тр - остается постоянной величиной, в пределах точности определения до концентраций Пв~1- Ю^см-3, а затем существенно уменьшается (Этот факт соответствует представлениям, сложившимся к настоящему времени, о поведении рассматриваемой системы V/В и связывается с увеличивающейся ролью рассеяния на ионизированных примесях при росте уровня легирования) . При дальнейшем увеличении степени легировали ( П0 £

* Программа составлена и расчеты проведены Маринченко A.B. -Институт физики АН УССР.

£ 3-Ю18см-3) время релаксации Тр возрастает. Нзстаилартпш является и поведение времени релаксации фононной системы Тр О ростом концентрации примеси время жизни Кононов возрастает. При П0 ~1018см~3 наблюдается большой разброс значений Г,. При критических концентрациях пе величина максимальна.

В работе сделан вывод о том, что аномальное поведете среднего времени релаксации электронов ^ , также как и аномальное поведение времени жизни неосновных носителей заряда можно объяснить корреляцией в пространственном распределении заряженных примесей при критических концентрациях. Корреляция имеется ввиду в том смысла, что при достаточно большой концентрации примеси может быть существенным кулоновское взаимодействие примесей, учет этого взаимодействия приводит к уменьшешпо вероятности образования больших флуктуаций /6/, а также позволяет объяснить увеличение времени релаксации импульса электронов при рассеянии на заряженных примесях. Но такого подхода недостаточно для того, чтобы объяснить все аномальные свойства п-(гаЛ}, обнаруженные в настоящей работе и ранее. Идея изострунтурного фазового перехода, с образованием в кристалле регулярной крупномасштабной примесной сверхструктуры позволяет это сделать. Крупномасштабная структура кристалла изменяет электронную зонную структуру, приводя к пространственной модуляции для валентной зоны и зоны проводимости, подобно тому как это происходит в искусственных легированных сверхрешетках. Важной особенностью легированных сверхрешеток яв-. ляется пространственное разделение подвижных носителей . ; .:

и как следствие этого - большие времена рекомбинации носителей и времени релаксации импульса электронов. Относительно полосы ОЛ 1г с /7<ут4л~1,48эВ можно предположить, что она обусловлена рекомбинацией через непрямую в реальном пространстве запрещенную' зону.

В работе проведено сравнение значений дрейфовой подвижности электронов^^ , рассчитанных с использованием наших значений среднего времени релаксации импульса Тр , со значениями холлов--ской подвижности, измеренными при ЗООК-. Показано хороше совпадение значений ¿¿^ и /¿н"0 дам сильно легированных образцов йгА (Те) . в области концентрации свободных носителей заряда !1е ^ г-Ю^см"3 значения больше значений /V в 1,13+1,17 раз. Сравнение холловской подвижностиАн"9, измеренной при 77К, с расчетными значениями подвижности вырожденного электронного газа, при рассеянии на ионизированных примесях, показало, что при

ТО ^

Р0 > 2■10х си~° значение значительно превышают расчетные, предполагающие случайное распределение рассеивающих центров.

В четвертой главо приведены результаты исследования воздействия У -облучения "Со на фотолюминесценцию монокристаллов 0а/1$ (Тс) при различных уровнях легирования. Образцы с концентрациями свободных носителей заряда П0 = 1,4-101Псм-3, 2,3-1018см~3, 6,3-Ю^см подвергались воздействию £ -облучения дозами в интервале от 0,1 до 1,5 Ырад. Показано, что облучение дозами д = 0,1+0,5 Мрад образца с П0 = 1,4-Ю18см и дозами

■ # = .0,1+1,5 Мрад образцов с П„ = 2,3-1018см~3 и 6,3 • Ю18см~3 не меняет в образцах ни спектральное положение полос ФЛ, наблюдавшихся в исходном состоянии, ни величины полуширины краевых и примесных полос. Влияние сказывается в некотором изменении интенсивности полос ФЛ. В образце с концентрацией свободных носителеи заряда П0 = 1,4-10*8см при воздействии дозой О = 0,6 Мрад наблюдалось возрастание интенсивности краевой фотолюминесценции. Одновременно спектральный максимум краевой полосы сдвигается в длинноволновую область, ЛсОтах = 1,48 эВ (в исходном образце

• ¡¡Ото.-. = 1,512 эВ). При этом интенсивность примесной полосп уменьшалась (в~ 2,5 раза), а полуширина увеличилась (на О.ОЗэВ). На основании температурных зависимостей интенсганостей краевой и примесной полос образца, дозовой зависимости полупирин полос и положений их спектральных максимумов в области 0,1+0,5 Мрад, а

, также зависимости величины /(д) от температуры, в работе сделан вывод о том, что, во-первых, уменьшение интенсивности

- примесной полосы и ее уширешш при у-облучении дозой 2?= 0,6 Мрад обусловлено появлением дополнительного канала излу-чательной рекомбинации, обуславливающего появление примесной полосы = 1,ЗЗэВ). Во-вторых, возрастшше интенсивности краевой полосы фотолюминесценции вызвано увеличением времени

• жизни неосновных носителей заряда при радиационном воздействии малыми дозами (эффект радиациотго-стшлулировшгаого упорядочения, наблюдаемый ранее в гетероструктурах^ и барьерных структурах на основе полупроводников й содержащих границы раздолэ фаз типа металл-полупроводник или диэлектрик-полупроводник).

■ Предполагается, что эффект радиационно-стимулированного упорядочения имеет ту же природу в (га(Те) > чхо и упорядочение при

• критических концентрациях примеси,

В заключении сформулированы основные результаты и выводы

. диссертации.

Осношще результаты и выводы

1. На основании экспериментального исследования зависимости интенсивности краевой и примесных полос фотолюминесценции от уровня легирования и от температуры в монокристаллах арсенида галлия, легированного теллуром, обнаружено возрастание времени жизни неосновных носителей заряда при концентрациях свободных носителей заряда п6 = (3+4)•10*8см . Предполагается, что возрастание времени жизни неосновных носителей заряда обусловлено упорядоченным пространственнш распределением примеси при данном давне легирования.

2. Уменьшение полуширины краевой полосы фотолюминесценции при пд - (3*4) -Ю^см по сравнению с величиной, соответствующей случайному распределению примеси, соответствует состоянию примесного упорядочения при критическом уровне легирования.

3. При критическом уровне легирования в спектрах фотолюминесценции наблюдается новая полоса с энергией максимума

1И8 эВ.

4. Показано, что при предкритических концентрациях свободных носителей заряда происходит смена состава дошширующих рекомбина-циошгых центров. При концентрациях П0 < 2-10 см в спектре наблюдается полоса <5Л с = 1,2эВ (77К). При критических концентрациях доминируют центры', ответственные за полосу ФЛ с ^^та.*. - 1.3+1,4эВ (77К). Установлено, что люминесценция в этом случае происходит в результате электронных переходов по схеме зона проводимости - примесный уровень. Энергия ионисации основного состояния данного центра равна 0,14*-0,19эВ. Предварительное , исследование симметрии центра методом поляризационных диаграмм показало, что центр имеет либо тряклияную, либо кубическую сим- ■ метрию.

5. Из анализа спектров прозрачности, измеренными в дальней ПК-области, получено прямое доказательство образования связанных

плазмон- ¿0-фононных состояний.

6. На основе анализа экспериментальных спектров отражения, измеренных в области остаточных лучей, монокристаллов арсенида галлия, легированных теллуром, определены параметра плазмон-фо-нонного взаимодействия - среднего времени релаксации импульса

электронов и среднего времени жизни фононов ¡,0-типа. Показано, что концентрационные зависимости этих параметров при критических концентрациях (2-К)' см"5) теряют монотошшй_горактар. При

то _з

М07 3-10 ом. средноо время релаксации импульса электронов возрастает.

7.. Аномальное поведение временя лизни неосновных носителе;'-заряда и времзни релаксации импульса электронов, а также появление новой полосы («отолшщгасценцли с качественно согласуется с моделью пзоструктурного фазового порохода в /¡-aß} легированного примесью У1 группы, при критически концентрациях прчмоси с образованием регулярной примосноЗ сверхструктурц.

■ С. Сравнение волташ.дре^овой подвшлюсти, рассчитанных с учетом наших дашпгх по сродному времени релаксации импульса, со значениями холловской подвижности, измеронными при 300К, ползало хорошее их совпадение для сильно легированных образцов

2 -Ю^см"). Значения холловской подвшшостп, изморенные при 77К, значительно превышает расчетные значения подвиглюстп для эло1;тронов, рассеиваомых случайно распределенными зарятотим' центрами, в области концентраций ttt? 2-10 сгГ3.

9. При исследовании влияния ^-облучения 60на фотолзм.!-шецонцшо при различннх уровнях логировшпш арсошща гшшш, легированного теллуром, обнаругено, что в предкрктической область-концентраций свободных носителей заряда наблюдается аТск-г рпдна--ционно-стимулированного упорядочения, который, как предполагается, тлеет ту ре природу, что и упорядочение при сильном лопфо-вашш.

' Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

Г. Богданова В.А., Прудникова И.А., Сомиколснова H.A., И'абг;--кпн В.П. Исследование механизмов взаимодействия пуишеой при сильном легировании полулрово,цинковых соедгшений. -Сборник : ¡с— тодпчасглх разработок в области материаловедошш -полупроводшпео-вых и твердосплавных структур (ДСП, СО АН СССР, Новосибирск, 1985, с.67-63.

Богданова В.А., Люзо Л.Л., Семиколонова-Н.А., Ссмпголо-нов A.C. Электронномикроскопический анализ морфологии модул1фо-. ванных полупроводниковых структур. - Тезисы докладов 12 Европа окой кристалло1фафичвской конференции. Москва, 1989, с.И£.

3. Богданова В.А., Люзе Л.Л., Семиколенова H.A. Плаэмон-фо-нонпое возбуждение в арсениде галлия п-типа. - ФТП, 1989, т.23, № , с.1900.

• 4. Богданова B.A., Греков Ю.Б., Зубарева E.B., Семпколенова ■ H.A. Исслэдогашю корреляционных эффектов в сильно леглрованном

арсениде индия. Научный отчет, 1989, Омский госуниверситэт, J? гос.регистрации 01890082690.

Г 5. Bogdanova V.A., Luze L.L., Seiapkolenova И.А. The orde-

ring phenomenon In highly doped III-V semiconductor materials. -Phys.3t.Gol.(a), 1990, V.120, PK121-123.

6. Богданова В.А., Семиколенова H.A. Эффекта концентрационного и радиационно-стимулироваппого упорядочения в ОаАв(Те) Тезисы докладов ХП Всесоюзной конференции по физике полупроводников, часть I. Киев, 1990, с.289.

7. Богданова В.А., Греков Ю.Б., Зубарева Е.В., Семиколенова H.A. Фундаментальные физикогтехнологические исследования полупроводниковых соединений ß®Ь^ и И'*Втвердых растворов па их основе. Омский гос.университет (1930), научный отчет, № гос.per. 01.84.0004698.

.8. Богданова В.А., Семиколенова H.A. Фотолюминесценция сильно легированного арсенида галлия при упорядоченном распределении примесных комплексов. - ФТП, 1992, т.26, № 5, с.818-821.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Г. Балагурова Е.А., Греков Ю.Б., Кравченко А.Ф., Прудникова И.А., Прудников В.В., Семиколенова H.A. Изменение механизма рас-сеяная в арсениде галлия п-типа с легированием. - ФГИ, 1985, т.23, 3, с.1506. '

2. Балагурова Е.А., Греков Ю.Б., Прудникова И.А., Семиколенова H.A., Шляхов А.Т. Природа фазового перехода в арсениде галлия, легированного элементами У1 группы. - Изв. АН СССР. Неорган., матер., IS86, J5 4, с.540.

3. Прудников В.В., Прудникова И.А. Фазовые переходы в пьезо-олектриках, обусловленные системой диполымх центров. -Кристалло-

,грэ'Т)Т1я, 1992, т.37, !Ь 5, с. 1093.

4. Леванюк А.П., Осипов В.В. Краевая люминесценция прямо-' зонных полупроводников. - УФН, 1981, т.133, № 3, с.427.

5. Аверкпев Н.С., Гутгаш A.A., Осипов Е.Б., Рещиков М.Н., Седов В.Е., Сосновсютй В.Р. Оптическая анизотропия центра, вызы-вашпя полосу фотолюминесценции с максимумом.вблизи 1,18эВ в

, - ФТП, 1991, т.25, № I, с.50.

6. Келдига Л.В., Прошко Г.П. Инфракрасное поглощение в сильно л-'гироланном германии. -'ФТТ, 1963, т.5, с.3378.