Радиационная и термическая модификация рекомбинационных явлений полупроводниковых светоизлучающих структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРА1НИ 1НСТИТУТ Ф13ИКИ НАП1ВПРОВ1ДНИК1В

prs f) n

V ц на правах рукопнсу

" 5 Ш/ jgQ/;

СУКАЧ Георпй Олекайович

РАД1АЦ1ЙНА ТА ТЕРМИНА МОДИФ1КАЦ1Я РЕКОМБ1НАЦ1ЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

НАП1ВПРОВЩНИКОВИХ СВ1ТЛОВИПРОМ1НЮЮЧИХ СТРУКТУР

01.04.10 - ф/'зика нап'тпров'щниюв та д/'елекгришв

Автореферат дисертаци на здобуття наукового ступеия доктора ф1зико-математичних наук

KHÏB-1994

Дисертац1я е рукопис.

Робота виконана в 1нститут1 ф!зшси нап1впров1дник1в HAH УкраЗСни

0ф1ц!йн1 опоненти:

доктор ф!зико-математичних наук, професор ГЕКА Генр1етта Павл1вна

доктор ф! зико-математичних наук, професор ВОРОБИОВ Кр1й Васильович

доктор ф! зико-математичних наук, професор ТОРЧИНСЬКА Тетяна В1ктор1вна

Пров1даа орган1зац1я:

1нститут ядерних доел!даень HAH Укра1ни, м. Ки1в.

Захист в!дбудеться "2.2? вересня 1994 року о 14 год. 15 хв. на зас1данн1 спец!ал1 зовано! ради Д 016.25.01 при Гнститут! ф!зики нап1впров1дник!в HAH УкраТни ( 252650, ГСП, Ки*в-28, проспект Науки , 45 ).

3 дасертац! ею можна оэнайомитися в 61 бл1 отец! 1нституту ф!зики нал! впров1дник!в HAH Укра1ни за адресов Ки1в-28, проспект Науки, 45.

Автореферат роз!сланий "3" сеРпня I"4 Р-

Вчений секратар

спец1ал! зованоi вчено! рада,

доктор ф! зико-математичних наук

Ьценко С.С.

ЗАГАЛЫ1А ХАРАКТЕРИСТЩ{А РОБОТИ

Актуальн!сть проблем и визначаеться пироким 1нтересом до багатошарових систем на основ! нап!впров! дншсових сполук А3В5, ун!кальн1 ф!зичн! властивост! яких дозволяють вт!лити численн! ix перевали в оптоелектронн! приладй: св!тлод!оди, лазери та фотоприймач!. В зв'язку з щм особливий !нтерес викликають нап!в-пров!дников! св!тловипром!нююч1 структури (СВС).

Досл!даення рекомб!кац!йних явгац, як! в основному обумовлюють характер нер!вноважних електрошшх процес!в в таких СВС, важливо не Ti лыш з прикладной, але й з науково* точки зору. Ран1ше при доел! даенн! рекомб!нац!йних властивостей 1 Ix модиф!кац!1 п!д д!ею зовн1шн1х дестаб!л!зуючихфактор!в (рад!ац1йнеопрон1нення, iнжекц! йно-терм!чн! та 1нш! технолог! чн! обробки ) головна увага прид!лялась нап!впров!дниковим матер!алам з однор!дним розпод!лом дом!шок та дефект!в, в яких в!дсутн! потенц!альн! бар*ери. Дос-л!джувались процеси генерацИ та перебудопи дефект!в, а також природа та механ!зми формувэння глибоких, як правило, безвипром1ню-вальнгос центр!в, уведення яких в нап!впров!дник завжди приводило до зменшення внутр!шнього квантоюго виходу вштром!нювання.

Питания, пов'язан! з модиф!кац!ею рекомб!нац!йних процес!вв багатошарових СВС, в яких завжди мае м!сце град!ент розпод!лу дом!шок та наявн!сть готенц!альних бар*ер!в м!ж шарами, недос-татньо досл1д*ен1 I ,в!дображен! в л!тератур!. Практично не доел!дженгаш в ц!й важлив!й галуз! лишались питания , пов'язан! з генераЩею та перебудовою центр! в випром! нювально! рекомб!нац!1 п!д д!ею рад!ац!йних, 1 нжекц! йно-терм! чних та технолог! чних фак-тор!в; питания впливу безвипром!нювальних, зокрема оже- процес!в, на зм!ну характеру прот!кання випром!нмэалъних та тегоювих проце-с!в (ампл!туда та к!нетика цих ефект!в) в активн!й облает! гетеро-еп!такс!йних СВС; питания взаемозв'язку електроф1 зичних та геомет-ричних параметр!в облает! об'емного просторового заряду ОПЗ (Форш 1 величини потенц! альних бар'ер!в в СВС) 1 характеристик зовн!ш-н!х рад!ац!йних та терм!чних фактор!в; питания взавмозв'язку випром!пгаальних та теплових процес!в в одно- 1 багатобар'ерних СВС, анал!зу тегоювих пол!в в них, особливо тих, що в!даосяться до дисипац! i випром!шзвання, яке не вийшло !з структури. Зрештою, важливою е можлив!сть практичного використання виявлених та дос-л!д*ених явищ в оптоелектронних перетворквачах ф!зичних величин.

Таким чином, вктуальн!сть роботи обумовлена необх!дн!отю роз-витку наукових знань про процеси, що контролюгать рекомб1нац1йн1 властивост! в сучасних багатошарових св!тловипром!нюючих структурах, про перетворення цих продес!в п!д д!ею рад!ац!йних та технолог!чних фактор! в, а також практичними потребами п1дегацення ефективност! використання таких структур в оптоелектрон!ц!.

Мета роботи полягае в з'ясуванн! i досл!дженн! механ!з-м!врад1ац1йно5С та терм!чно! модиф!кац!1 рекомб!нац!йних власти-востей багатошарових нэп! впровt дникових СВС з град!ентом дом!шки.

Досягнення мети вимагало вир!шення ряду задач:

- установления законом!рностей зм!ни рекомб! нац! йних власти-востей СВС п!д д!ею рад!ац!йшх та технолог!чних фактор!в;

- визначення !нжекц!йно-температурно1 модиф!кац!1 рекомб!на-ц!йних процес!в в багатобар'ерних структурах;

-експериментального ! теоретичного доел! дження оже-процес! в в багатобар'ерних гетероструктурах з вузькозонною активною областю;

- вивчення законом! рностей перетворення електроф! зичних параметр!в потенц! альних бар* ер! в при нейтронному опром!ненн!;

- з'ясування законом!рностей процес!в переносу та дисипац!i енергИ випром!нювэнням , яке не вийшло !з гетероструктури;

- розробки та апробац! 1 експериментально - розрахункових метод! в контролю електроф! зичних та енергетичних параметр! в ОПЗ гомо- та гетеропереход!в;

- разробки. метод!в контролю теплових параметр!в СВС при !мпульсному збудженн! , встановлення взаемозв'язку м!ж випром!га>-вальними та тепловими параметрами СВС;

- розробки та апробац! I нових способ!в та пристроЗСв для контролю ф!зичнлх параметр!в матер!ал!в, структур та вироб!в оптоелектрон! ки.

Наукова новизна дисертац!йно* роботи полягае в тому, що в результат! проведених досл!дкень в н!й вперше:

1. Експериментально виявлено 1 з'ясовано ряд ефект!в рад!а-ц!йно-стимульованого зб!льшення концентрацИ центр! в випрэм!шквально! рекомб!нац! I в р!зного типу СВС на основ! сполук A B5.

2. В СВС на основ! GaP:N виявлен! 1 проанал!зован! залежност! констант екситон-фононного зв'язку в!д !нтегрального потоку нейтрон! в для двох сер!й екситон!в, локал! зованих на окремих атомах азоту та ix бликн!х комплексах NN1.

3. Виявлено формування центр!в випром1нювально1 рекомб! нац! I на говерхн! та в тонких пл!вках нап! впров! дник! в п!д д1ею

2

технолог! чних фактор±в (в!даали, нанесения д! електричних та матал!чних шар1в , сколювання в р!дкому вода! 1 т. in.).

4. На основ! теоретика« розрахунк! в та експериментальних досл!джень показано, що в багатобар'ерних гетероеп!такс!йних СВС на основ! GalnAsSb проявляться зона-зонна оже-рекомб!нац! я в об'ем! активно! облает! сум!сно з рекомб!над! ею Шокл!-Р!да на грашцях розд!лу ; висв! тлена !х роль в формуванн! ампл1тудних та к!нетичних характеристик випром! нювальних 1 теплових продес!в.

5. Експериментально вивчена та п!дтведжена чисельними розрахунками рад!ац!йна модиф!кац!я енергетичних бар*ер! в в гомо-та гетеропереходах; виявлено I ф!эично !нтерпретовано явище зеуву границ! р-п-переходу в глибину високоомно! облает! СВС при нейтронному опром!ненн! та терм!чних обробках.

6. При збудаенн! !мпульсним струмом експериментально досл!д-жений 1 теоретично обгрунтований взаемозв'язок максимально! температури перегр!ву активно! облает! з зовн!шн!ми та внут-р!шн!ми параметрами СВС.

7. Експериментально виявлен! та з'ясован! !нжекц!йн! особли-вост! переносу та дисипац!! енерг!! випром! ншання, яке не вийшло !з гетероструктури; запропонован! шляхи контролю та к!льк1сного визначення проф!лю температури, а також встановлен! залежност! ло-кальних температур перегр!ву в!д параметр! в 1 мпульсного струму в найб!льш критичних по тепловид!летш областях багатобар'ерних СВС.

8. Науково обгрунтован! та запропонован! нов! способи для визначення ф!зичних параметр!в матер!ал!в, структур та вироб!в оптоелектрон! ки.

Практична ц!нн!сть дисертац! йно! роботи полягае в розвитку прикладних гоггань ф!зики випром! нюпальшре натер! ал! в та структур оптоелектрон! ки:

1.Розвинут! ф!зичн! основип!двщення ра.ц!ац!йно! ст!йкост! та стаб!л!зац!1 квантово! ефективност! випром!нювашя СВС.

2. Визначен! умови ц! леспрямованого формування спектра локальнюс центр!в випром! нюйально! рекомб! нац!1 в матер! алах та структурах оптоелектрон! ки.

3. Розроблена та апробована експериментально-розрахункова методика визначення електроф! зичних параметр! в ОПЗ СВС.

4. Разроблено метод прискорених I. мпульешх випробувань СВС.

5. Разроблен! та використан! пристро! для визначення ф! зичних параметр!в ( концентрац!я, температура 1 т. !н. ) матер!ал!в, структур та вироб! в оптоелектрон! ки.

3

OcHQBHt положения, як! виносяться на вахист:

I. В результат! рад! ац! Иного опром!нення СВС виявлен! сл!дуюч! процеси, як! приводять до перетворення центр! в випром! ню-вально! рекомб!нац! I та зб!льшення 1нтенсивност1 випром!гаь вальних переход!в:

- рад! ац! йно-стимульована ан! г! ляц! ям! жвузлових та асоц! йо-ваних в безвипром!нювзльн1 компяекси атом! в цинку з ваканс!ями гал!ю рад!ац!йного походаення, що сприяб зб!льшеннга 1 нтенсивност! випром! шва лыю! рекомб!нац!1 типу зона-дом! шка по в! дношенню до рекомб!нац! I типу зона-зона (прямозонн! СВС на основ! GaAsP:Zn);

- рад!ац1йно-стшульоване створення ближн!х комплекс!в атом!в азоту типу NN1 шляхом асоц!ац!1 !зольованих атом! в !зоелект-ронно! дом!шки азоту внасл!док прискорення ix дифуз!! через безвипром! нювальн! комплексы , що сприяе росту 1 нтенсивност! випром! июзання в сер!! екситон!в, зв'язаюк на комплексах N1^ ( СВС на основ! GaP:N );

- зм!на рельефу потенц! альних ям в сильнолегованому 1 компен-сованому кремн!ем GaAs, що приводить до зб!льшення 1 нтенсивност! в короткохвильовому крил! крайово! смуги випром!нювання при одаочасному зменшёш! ! нтенсивност! в довгохвильовому крил! ц! ei смуги.

?,. При нейтронному опром!ненн! СВС на основ! GaP:N виявлено зменшення констант екситон-фононного зв'язку в сер!! екситон!в, зв'язаних на двох ближн!х атомах 1зоелектронно! дом!шки азоту. Цей ефект обумовлений зб!льшенням ефективно! д!електрично! про-никност! матер! алу за рахунок рэд!ац1йного зростэння об'ему елементарно! ком!рки кристала при створенн! м!жвузлових атом!в та перевод! ато; !в з б!льшим ковалентним тетраедричним рад1усом (гал1ю) на м!сця ваканс!й фосфору, як! мають менший рад!ус.

3. Експериментально виявлене та п!дтвердаене теоретичними розрахунками проявления багаточасткових оже-процес!в в об'ем! та на границях розд1лу поде!йшх гетероструктур на ochobI CalnAsSb в випром! шовальних та теплових явкщах пов'язано з високою концентра-ц!ею нер!вноважних носИв струму в активн!й облает! та наява!стю потенц!альних бар* ер!в м!ж шарами, висота яких перевкцуе ширину заборонено! зони активно! облает! СВС.

4. На електроф! зичн! параметру! областей ОПЗ, м 1 сцезнаходаення р-п-переходу та його перем! щения при нейтронному опром!неян! суттево впливас грэд!ентшй розпод!л принчймн! одн!е! !з ле-гуючих дом!шок.

5. Неоднаков! сть коеф!ц!ент!в дифуз!! 1 концентрац!й акцептора« 1 донорних дом! шок в Я- та Р+-ем!терах приводить до розб!ж-ност! границь р-п-переходу 1 Р+-п-гетеропереходу, а також до появи р - ПаГпАвБЬ / Р+- СаАЬАвБЬ гетеропереходу в СВС на основ! Н- СаБЬ/п- Са1пАв5Ь/Р+- СаА1А8БЬ. В свою чергу розрив валентно! зони на границ! активно! р-облает! та Р+- ем!тера 1 наявн!сть град!енту легуючих дом! шок в И- та Р+-областях в!дпов!дальн! за немонотонн! сть проф!лю дом!нуючо! в активн!й облает! СВСдом!шки.

6. Ф!зична модель та процеси переносу! дисипац!! енерг!! випром1нювання, яке не вийшло !з гетероеп!такс!йно! СВС, обумовле-н! значними величинами внутр!шнього квантового виходу та малими -зовн!шнъого, а також в1дм1нн!стю залежностей внутр!пш!х квантових виход!в в активн!й та б!льш вузькозонн!й областях СВС в!д струму та температуря; формування проф!лю температури багатобар'ерно! гетероструктури в!дбуваеться не т!льки за рахунок тепловид!лення в активн!й облает!, але й внасл!док повторного перепоглинання випром!нювання основно! ему га в б!лып вузькозонн!й облает! СВС.

7.При 1мпульсному збудженн! взаемозв'язок максимально! температури перегр!ву активно! облает! з зовн!шн!ми та вцутр!шн!ш параметрами СВС визначаеться тим, то з ростом тривалост! !мпулъс!в ( або часових пром!жк!в м!ж ними ) зд!йснюеться стрибкопод!бне включения б!лъш довгочасових процее!в дисипац! I тепла (при переви-щенн! тривалост! одного !з цих часових !нтервал!в величини тепло-во! пост!йно! часу) та зм!на вкладу довго- та короткочасових компонент температури в сторону переваги першо! !з названих.

8. Запропонован!, розроблен! та апробован! способи та прист-ро!, в основ! яких лежать виявлен! та доел1д*ен! ф!зичн! законо-м!рност! та явища, дозволишь з високою точн!стю контролювати ф!-зичн! параметри матер!ал!в, структур та вироб!в оптоелектрон!ки: температуру та концентрац!ю одн!е! речозини, що м!ститься в 1нш!й.

Проведен! в дисертац!йн!й робот! доел!дження екситон-фонон-• них спектр [в, випром!нювальних, <5езвшром!нювэлышх та теплових процес!в , електроф!зичних та енергетичких параметр!в облает! ОПЗ суттево розвивають, розиирюють та уточнюють уявлення про ф!зику рад!ац!йно! 1 терм!чно! модиф!кац!! рекомб!нац!йних процес!в та енергетичних бар'ер!в в нап!впров!дникових СВС 1 дозволяють запропонувати шляхи оптим!зац!! !х електроф! зичних параметр!в, що сприяе прогресу ф!зики твердого т!ла.

Зв'язок дисертацШю! роботи з планами наукових роб!т Тнститута ф!зики нап!впров!дник!в (1ФИ) Нац!онально! Академ!! Наук

Б

Укра! ни (НАНУ). Основн! результати одержан! при виконанн! планових завдань 1ФН НАНУ , затвердаених Презид!ею НАНУ:

Тема 4. Розробка ф!зико-техн!чних та ф!зико-технолог!чних основ створення високоефективних елемент!в оптоелектрон!ки для ц!лей обчислювально! та вим1рювально! техн!ки, автоматики та техн!ки зв'язку. Затвердаено Постановою Презид! 1 АН УРСР N 604 в!д 25.12.1980 р.

Тема 13. Ф! зико-технолог! чн! та приладн! досл!даення структур та середовшц для обробки та перетворення оптично! 1нформац! 1. Затвердаено Розпорядженням Презид! I АН УРСР N 474 в! д 27.12.1985 р.

Тема 21.Розробка методу структурного перетворення матер! ал! в А^В5 для одержання швидкод! ючих (до Ю-9 с) фотод!од!в та даерел випром!нювання в д!апазон! довжин хвиль в!д 0,7 до 1,5 мкм , а також д! агностичних метод!в контролю процес!в дефектоутворення в цих матер! алах. Затвердаено Постановами ДКНТ СРСР N 274 в!д 03.08.1987 р.та Презвд!! АН УРСР N 1921 в!д 10.08.1987 р.

Тема 38. Досл!даення електрон-поляритонних явгад в твердот!льних структурах на основ! нап!впров1дник1в А^В^ з м!крорельефною • поверхнею, розробка нових оптоелектронних прилад!в 1 автоматизованих метод! в електроф!зично! д! агностики матер! ал! в та структур м!кро- та оптоелектрон!ки . Затвердаено Постановою Бюро ВФА АН Укра1ни 19.12.1989 р.. Протокол N10.

Тема 6.07.03/42-92. Розробка нових технолог!й, конструкц!й та ф! зичних моделей А^В5 нап!впров!дникових структур та створення на 1х основ! св!тлод!од! в та фотоприймач! в з оптим!зованими вих!дними параметрами. Затвердаено Постановою ДКНТ Укра1ш N12 в!д 4.05.92р.

Особистий внесок автора. В дисертац!йн!й робот! узагальнен! результати досл!даень, виконаних автором особисто, або з сп!вроб!тниками , ¡цо працювали п!д його науковим кер!вництвом. Особистий внесок автора полягае в розробц! , експериментальн! й та теоретичн! й реал! зац! I головних !дей дисертац! I, постанови! задач досл!даень та вибор! метод!в 1х реал!зац!1, беспосередн!й участ! в виконанн! ф! зичних експеримент! в I одержаш! результат! в, про-в!дна роль в анал!тичних та чисельних розрахунках, в узагальненн! I !нтерпретац!I результанте доел!д!в. Частика результат!в, що вв!йшли до дисертац! I, одержана в творч!й сп!вдружност! з фах!вцями, як! працюкггь в 1ФН ПАН Укра 1 ни та в 1нших орган!зац!ях.

Переважна б!льш!сть одержаних результат! в допов!далась

6

особисто автором на наукових конференц!ях та сем!нарах.

.. Ступ!нь достов! ркост! та обгрунтованост! отриманих результата забезпечена використанням комплексу сучасних високоточних метод! в вим!рювання эмпл! тудних, спектральних, к!нетичних та диференц! альних характеристик вшром 1 нювалышх структур та сп!в-стаапенням отриманих 1з р!зних експерименПв одних 1 тих же ф!зич-них параметр!в. Результати вим!р! в сп! вставлялись з теоретичними оц!нками. Враховувався також ф1зичниИ зм!ст одержаних результат!в та !х сп!вв1дношення з л! тературними даними.

Апробац!я роботи. Основн! матер!а ли роботи допов! дались I обговорювались на IV Всесоюзн!й нарад! по електронних явицах на поверхн! нап!впров!дник!в (Ки!в,1971); XXI нарад! по лш!несценц! I (Ставрополь, 1973); Всесоюзн!й конференц! I "Ф!зика д!електрик!в та перспективи I У розвигку" (Лен!нград, 1973); II М!жнародн!й конференц! !, присвячен!й поверхн! твердих т!л (Ялон!я, К!ото,1974); IV, IX М1жнародних нарадах з фотоелектричних та оптичних явищ в твердому т!л! (Болгар!я, Варна, 1974 та 1989); Республ!канському сем!-нар! "Засоби неперервного контролю технолог!чних процес!в" (Ки!в, 1980); V Всесошн1й конференц!! пох!м!! та ф!зиц! целлюлози (Ташкент, 1982); Всесоюзн!й конференц!! "Температура-84" (Льв!в, 1984); Всесоюзному сем!нар! "Оптоелектронн! пристро! в приладобу-дуванн! та 1 нформатиц!" (Тб!л!с1, 1985); X, XII, Всесоюзных конфе-ренц!ях по ф!зиц! нап!впров1дник!в ( М!нськ, 1985, Ки!в, 1990 ); Всесоюзн1й конференц! I "Ф!зичн! метода доел! даення поверхн! та д! агностика матер! ал! в 1 елемент!в обчислювально! техн! ки" (Киши-н!в, 1986 ); Всесоюзн!й конференц! I "Функц!ональна оптоелектрон!ка в обчислювальн!й техн!ц! та пристроях управл!ння" (Тб!л!с1, 1986); II та III Всесоюзних конференц! ях "Ф!зичн! основи над!йност! та деградац!! нап!впров!дникових при.над!в" (Кишин!в,1986, та 1991); I Всесоюзн! й школ! по термод!нам!ц! та технолог! 1 нап! впров! дникових кристал!в та пл!вок (1в.-Франк!вськ, 1986); IV Всесоюзн!й конференц!! "Ф!зичн! процеси в нап! впров!дникових гетероструктурах" (М!нськ, 1986); 32 М!жнародному науковому колокв!ум! по ф!зиц! (НДР, 1льменау, 1987 ); VII М!жнародн!й конференц! I по тонких пл!вках (1нд!я, Нью-Дел!, 1987); II Всесоюзн!й науково - техн!чн!й конференц! I по функц!ональн!й оптоелектрон! ц! ( В!нниця, 1987 ); Коорд!нац!йн!Й нарад! соц! ал! стичних кра!н по ф!зичних проблемах оптоелектрон!ки (Баку, 1989); III Всесоюзн!й конференц!I поф!зиц! 1 технолог! 1 тонких пл!вок (1в.-Франк!вськ, 1990); Науково-техн! ч-н!й конференц! I кра!н Сп!вдружшсг! незалежних держав "Контроль та

7

управл!ння в техн!чних системах" (В1нниця, 1992); Науково-техн!ч-н! й конференд! 1 "Ф1зичн1 основинад1йност! тадеградацИ нап!впро-в1днмкових прилад!в" ( Н.- Новгород - Астрахань, 1992); I Всеро-с!йськ1й конференц!! по Ф1зиц1 нап!впров!дник!в ( Н.-Новгород, 1993); IV М1жнародн1й конференд! I по ф! зиц! та технолог! ! тонких пл!вок (1в.-Франк!вськ, 1993); Лашкарьовських читаннях I сем1нарах в 1нститут! ф!зики нап! впров! дник! в НАНУ в пер!од 1970-1994 рр.

Публ!к!ц! I .Основн! матер! али дисертац! 1 в!дображен! в42нау-кових статтях, надрукованих в укра!нських, колшн!х всесоюзних та м!жнародних виданнях, в тому числ! в 2-х оглядах, в 14 авторських св!доцтвах колишнього СРСР та зв!тах по науково-досл!дних роботах.

Структура ! об'ем дисертац! I. Дисертац! я складаеться з вступу, шести розд1л!в, b/chobkIb та списку цитовано! л!тератури з 258 найменувань. Бона викладена на 338 с.тор!нках I м!стить 92 !люстрац!1 та 7 таблиць.

SMICT РОБОТИ

У вступ! обгрунтовано напрямок досл!д*ень 1 Його актуальн!сть, сформульован! мета роботи , II задач! 1 положения, як! виносяться на захист, визначен! пр!оритет , наукове та практичне значения виконаних доел! даень, зв'язок роботи з плановими завданнями та науковими проблемами, приведен! в!домост! , що стосуються апробац!! роботи, публ!кац!й, структури ! короткого зм!с.ту дисертац!I по розд!лах.

В розд!л! I викладен! результати експериментальних досл!даень модиф!кац!1 спектр!в випром!нювально! рекомб!нац!1 СВС на основ! GaAsP, GaAs:Sl та GaP:H п!д д1ею рад!ац!1.

В процес! досл!даень були сформулюван! методичн! задач!. Показано, що основна частка втрати точност! при вим!рюванн! довжши хвил! х та !нтенсивност! випром!нювання I випикае не за рахунок похибки засоб!в вим!рювання , а завдяки впливу сукупност! не!нформативних та дестаб!л!зуючих фактор! в. 3 врахуванням цих фактор!в розроблена науково обгрунтована методика вим!рювань спектральних характеристик 1атер1 ал! в та структур оптоелектрон! ки, визначен! показники точност! вим!рювань х та I.

Виявлен! та досл!джен! 3 тили процес.1 в рад!ац1йного перетворення центр!в випром!нювально! рекомб!нац! I та зб!льшення !нтенсивност! випром! гоюальних переход! в:

I. пронеси, як! зп'язан! я рад1ац!йним перетноренням

8

локальнгос центр! в безвипромt ншальноï рекомб! нац! ï в центра випром!нгеально! рекомб! нац! ï ;

2. процеси, як! зв'язан! з рад!ац!йним перетворенням зонно! структури в хвостах густинл стан! в сильно легованих та компенсованнх нап! впров! дник! в ;

3. процеси рад!ац!йного перетворення одних випрои!ншалышх комплекс! в в !нш!.

Процеси типу I характерн! для ц!лого класу СВС , в яких легугча дом!шка ноже находитись як в стан! зам!щення , так t в и! жвузловому положенн!.

В якост! модельного матер! алу були вибран! одержан! методой газофазно! еп!такс1! р-п-переходи на основ! прямозонного GaAsP, легованого цинком.

На основ! доел! дкень спектралъних та к!иетичних характеристик електролш!несценц!! (ЕЛ) в широкому д!апазон! температур (Т =100-300 К), р!вн1в !нжекц! ï (1=0,1- 100 !.iA) та 1нтегральних поток!в нейтрон! в (5 = Ю*0 - I014 н.см-2 ) встановлено, що з ростом в на фон! трив!ального спаду ! нтенсивностей зона-зонного 1су та зона-дом! ппсового 1г випром!нювань м!ра ïx залежност! в!д s р!зна: спад Ir(s), зв'язаний з переходом в!льних електрон!в на р!вень цинку, що зам!щуе гал!й (ZnGa), б! льщ пов!льшй, н!ж спад 1с7 (&). Р!зниЯ характер залежностей 1су(Ф ) та Ir(e), а також розб!жн!сть залеж-ност! Ij, ($) з дозовими залежн!стяни 1су. (») та часу життя г (s), св!дчать про те, що одна т!льки проста модель деградац! !, яка вра-хозуе генерац! ю глнбоких центр! в безвипром! ншально! рекомб! нац! ï Ng , не здатна повн! ста пояснити ситуац!ю, бо, якби вводились ода! т!льки центра Ng , в досл!д! спостер!галось би однакове зменшення !нтенсшност! обох смуг ЕЛ. Отже. опром!нення нейтронами приводить не т!лько до генерац! ï центр!в Ng, природа яких зв'язана або з м!жвузловими атомами елемент!в III та V груп, або з ïx вакан-с!ями (див. розд!л 2), але Й до зб!льшення концентрац!! дом!ппсових центр! в випром! ншально! рекомб! нац! ï Nr, в! дпов! дальних за зрос-тання !нтенсивност! смуги б! лъш довгохвильового штром!ншання.

Найб!льш ймов!рнвм механ! змом формування центр! в Zn^ в результат! опром!нення являеться ан!г!ляц!я м!жвузлових ( Zn^) та !нших нерегулярних атом!в цишсу, як! пройми на стад!! виготов-лення р-п-переходу далеко в глибину п-област! , з ваканс!ями гая!ю рад! ац! Иного походкення.

Оск!льки, по менш!й ulpî, асощати атом!в Zn^ являються цент-рани безЕшром!ювально! реконб!нац!!, то можиа вважатн, що пря

9

нейтронному опром!ненн1 мае м!сце перетворення центр1в безвипром! -нгаально! рекомб! нац! I в центри випром! шовально! рекомб! нац! I. На основ! анал! зу анал! тичних вираз!в для дозових залежностей 1су, 1г та х (при умов!, що внутр!шн!й квантовий вих!д випром!ншання п1< 50«, чому сприяе нейтронне опром1не1ШЯ) встановлено характер дозо-во! залежност! концентрац! I як безвипром!швалышх центр!в, в!дпо-в!дальних за трив!альне гас!ння смуг випром! ншання, так ! випро-н1гавальних,-в!дпов!дальних за виявлен! особливост! спектр!в.

Процеси типу 2 проявляться в випэдку, коли в випром! нюваль-н!й рекомб! нац! 1 приймають участь локал!зован! в хвостах густини стан!в як нер! вноважн!, так 1 р!вноважн! нос!1 заряду.

Найб!льш яскраво процеси типу 2 проявлялись в еп!такс!йних р-п-переходах СВС на основ! сильно легованого I компенсованого крем-н!ем ваЛв. Встановлено, що к!нетики зростання та спаду ЕЛ в1дм1нн! одна в!д друго* I мапгь складдай неекспоненц!альний характер, що шв'язано з випром!ншальною рекомб!нац! ею електрон!в та д!рок, локал!зованих в потенц! альних ямах р!зно! глибини.

Виявлено, що при низькодозовому г-опром!ненн! мае м! сце пргскорення к! нетики зростання та спаду ЕЛ, а також зменшення 1нтенсивност! випром!ншання в довгохвильовому крил! 1 зб! лылення - в короткохвильовому при незм!нност! енергетичного положения та 1нтенсивност! максимуму спектрально! криво!. Така ситуац!я може бути пов'язана з гомоген!зац!ею флуктуац!й потенц! алу, яка зумовлена зменшенням глибини найб! льш глибоких потенц! альних ям ( отже 1 к!лькост! електрон!в в них ) , тобто з! зм!ною рельефу ( глибини та . кон1>1 гурац! I ) потенц! альних ям , а не з центрами безвипром!тзвально* рекомб!нац!1 , що вводиться.

Процеси типу 3 проявляються в еп!такс!йних СВС на основ! СаР:Н, як! опром!нен! нейтронами. Цей матер!ал був вибраний в якост! модельного, оск! льют в ньому при пор!вняно високих температурах ( Т< 300 К) спостер! гаеться два типи зв'язаних екситон!в.

Показано, мае м!сце перерозпод!л рекомб!нац!йних поток!в в!д екситон!в, локал!зованих на окремих атомах !зоелектронно! дом!ики азоту (А-сер!я), до екситон!в, локал!зованих на двох ближн!х атомах азоту (№1,-сер!я). Про ге св!дчить незб!г дозових залежностей 1 нтенсивностей для смуг А - та Ш1 - екситон!в : сильн!ше всього рад!ац!йно гаситься !нтенсивн!сть випром! нювэшя в сер! I А-ексито-ну, менше всього- в сер! 1 Ш1 -екситону. 3 нашо! точки зору, най-б!льш ймов!рним механ!змом такого рад!ац!йно-стимульованого перетворення являеться зб!лыиешя концеотрац! 1 центр!в, як! обумовлюють

ГО

внпром!нювання ДО, - екситон! в, в процес! дворазово! взаемод!! безвипром!ншального комплексу ван Вахтена з окремими атомами 1зоелектронно1 дом!пжи азоту з допомогою реакц!й сл!дуючого виду:

7Са рс1+ уСа + % - ^а нСа + РР •

*0а нСа уСа + НР + РР - уСа рСа у0а + ¥*Р • <2>

Залежн1сть т(®) по ступени гас!ння займав пром!жне положения м!ж залежностями 1нтенсивност! нуль-фононних смуг А- та Ю^-екси-тон!в в!д «. Зменшення його с ростом « ближче до останньо! з наз-ваннх залежностей. Така ситуац!я п!дтверджуе припущення про те, що утворення Ш, -екситон! в зд!йснюеться за рахунок рад!ац! Иного руй-нування А-екситон1в (див. реакцИ (I) та 12)). Оск!лыот, як випли-вав !з дозових залежностей для 1нтенсивностей А-, 1Ш(- екситон!в 1 г, при утворенн! одного ГО^ -екситону зникае не два, а 01лып, н!ж один А - екситон, потр!бно припустити, що поруч з асоц! ац! ею !зо-льованих атом! в Ир в НрНр -комплекта !де процес генерацИ одиноких атом!в 1зоелектрото1 дои!шки азоту за рахунок захоплення при нейтронному опром!ненн! оптично неактивних м!жвузлових атом! в азоту ^ легко рухомими власними або рад1ац!йними ваканс!ями фосфору.

Вперше виявлено, що з ростом « мае м!сце зб!лыпення констант екситон-фононного зв'язку Бф А-екситону з подовжн!ми ОПТИЧНИМИ 10- фононами та поперечними акустичними ТА-фононами та Гх зменшення для Ш,-екситона. Проанал! зован! дозов! залежпост! констант екситон-фононного зв'язку, як! розраховувались на основ! теорИ Пекара та Хуаня-Р!са !зрозпод!лу ЮТенсивностей екв!дистантних нуль-фононних л!н!й та 1х фононнлх повторень, в сер!ях А- та -екситон!в. Для сильно зв'язаних Ш,- екситон! в зменшенню ($)

1 Ф гп

сприяе зб!льшення ефективно! д! електрично! проникност! с СаРфф ~ е~1/2) за рахунок рад! ац!йного зб!льшення об'ему елементарно! ком!рки кристалу, зумовленого створенням м!жвуалових атом!в та переводом атом! в з б1льпшм ковалентним тетраедричним рад! усом С гал!ю ) на м!сдя ваканс!й фосфору ( див. розд!л 2 ) , яютй мае менший рад! ус. Для серп а - екситона з! значно меншою енерг! ей зв'язку I, завдяки цьому, схильного до б!льш сильн!шого впливу зовн!шн!х фактор! в , зростаючому характеру залежност! Эф (г) сприяють рад! ац! йн! дефекта, що маоть в пор! вняш! з дом! шсами б!льшу питому деформац!ю, та зумовлен! ними хвоста густгаш стан!в, як! приводять до деформац! I основного стану екситона , факторн.

II

пов'язан! з появою локальних електричних та деформац! йних пол!в, з порушенням пер1одичност! 1 т. 1н.

Розд1л 2 присвячений експериментальному та теоретичному дос-л! дкенню впливу рад! ац! йних (нейтронне опром!нення) та технолог!ч-них (р!зн! тили СВС та умови 1х вирощування) фактор! в на генераЩю центр! в безвипром!нювально! рекомб!нац!1 в СВС видимого та !нфра-червоного (14) д!апазон!в на основ! багатокомпонентних сполук

Досл!даення залежност! часу життя неосновних носИв заряду т в!д струму I при р!зних !нтегральних потоках нейтрон!в $ показало, що в СВС на основ! GaP з ростом ф величина г р!зко зменшуеться, однак характер залежност! його в!д I залшаеться незм!нним. Отже, в рекомб!нац!йн! процеси в однаков!й м!р! дають внесок рад! ац!йн! р!вн1, як! вводяться як у кваз!нейтральн! облает!, так I в область ОПЗ. Одночасно для опром!нених СВС на основ! GaAsP зб!льшення на-хилу залежност! г (I) в облает! малих р!вн!в !нжекц!1 св!дчить про те, що за деградац!юв б!льш!й м!р! в!дпов!дають р!вн! рад!ац!й-них дефект!в, як! вшдяться в область ОГО, н!ж в кваз!нейтральн! облает!. Така повед!нка г добре узгоджуеться 1з зб!льшенням струму на р!зних д!лянках вольт-амперно! характеристики при опром!ненн1.

3 застосуванням методики термостимульовано! емност! !з температурю! залежност! II пох!дно! визначен! енергетичне положения та коеф!ц!енти захоплення для деяких р!вн!в, як! дають внесок в дег-радац!ю ЕЛ (б!ля десяти р!вн!в). Знания дом!шкового складу вих! д-них зразк!в GaP:N, анал!з температуря !зохронного в!дпалу рад!а-ц!йних дефект!в, сп!вставлення умов вирощування та рад!ац!йного дефектоутворення з умовами, як! забезпечуюгь переведения системи в термод!нам!чно б!льш виг!дний стан , пор!вняння параметр!в виявлених центрt в з параметрами, як! в!дом! з л!тератури, дозволило провести 1дентиф!кац!ю власних та рад! ац! йних глибоких р!вн!в, зв'язаних з точковими дефектами, легуючими дом!шками, !х комплексами та комплексами з рад!ац!йними дефектами. Показано, що в склад вс1х виявлених р!вн!в одн!ею !з компонент входить м!жвузловий атом або ваканс!я елемент!в III чи V груп. Установлено к!льк!сний зв'язок деградац!1 т з рад!ац!йно стимульованим перетворенням глибоких plBHiв безвипром!швально! рекомб!нац!1 (на приклад! СВС на основ! GaP). Виявлено, що иизначальний вклад в деградац!ю г вно-сять не вс!, а два глибоких р!вня, один !з яких зв'язаний з анти-структурним дефектом Gap, а другий-з комплексами на основ! 1зоеле-ктронно! дом!шки азоту та ваканс!! гал!ю рад!ац!йного походження.

Оск!льки в прямозонних СВС 1Ч-д!апазону з ростом р!вня !нжек-

12

Uli постишься безвипром!ншальн! оже-процеси вищих порядк!в, теоретично та експериментально проанал!зовано !х вплив на ампл!-тудн! та к!нетичн! характеристики фотоефект!в. Головною метою теоретичного анал!зу було вияснення можливих тип!в залежностей 1нтенсивност! ЛЕм!несценц!1 в!д р!вня збудкення, а такожумов, як! проводять до зм!ни ix характеру. В випадку високого р!вня збуд-ження, plзкого град! енту концентрац! 1 нер!вноважних нос!1в струму, зумовлюших дифуз!йний Ix пот!к, р!шення р!вняння неперервност!

др" - А2 др - К2(др)2 - М^др)3 = - b L0exp (-kx) (3)

з використанням в!дпов!дних граничних умов приводило, в випадку дом! нування того або !ншого виду рекомб!нац! I, до р! зноман! тност! нахил!в в залежностях р!зних фотоефект!в в!д р!вня збудження системи. В вираз! (3) А2 = (Dt )"1 , К2 = В / D (В - коеф!ц!ент об'емно! оже-рекомб!нац!1 на дом!шках ), М2 = С / D (С - коеф!-ц!ент об'емно! зона - зонно! оже-рекомб!нац!I ), Ь = k.D-1, D -коеф!ц!ент дифуз!!, к -коеф!ц!ент поглинання св!тла.

Проведено анал!тичний розрахунок показник!в степеня нахил!в оптичних та фотоелектричних ефект!в в!д р!вня збудження нап!впро-в!дника. Показано, що рекомб!нац!я на границях розд!лу, а також процеси дафузИ, в випадку переваги оже-процес!в в об'ем! нап!в-пров!дникового матер! алу значно зм!нюють нахили залежностей ус!х ефект!в в!д р!вня збудження.

Установлено, що к!нетичн! та ампл!тудн! характеристики випро-м!нювальних процес!в ! релаксац!я надлишково! енергИ гарячих еле-ктрон!в в активн!й облает! випром!швальних структур на основ! чотирьохкомпонентних сполук GalnAsSb можуть бути пояснен! при урахованн! зона-зонних оже-процес!в в об*ем! активно! облает! СВС та рекомб! нац! йних процес!в Шокл! - Р!да на границях розд!лу шар!в ( прояв останньо! залежить в!д технолог! I виготовлення -структури ) на фон! електрон-фононного та фонон- фононного розс!ю-вання надлишково! енерг! 1 1нкектованих та оже- електрон!в.

Показано, що при малих струмах електронний газ взаемод! е з довгохвильовими фононами I його роз!гр!вання, зумовлене електрич-ним полем, проявляеться т!льки в активн!й облает! СВС, тобто роз!-гр!ванням гратки можна знехтувати. При середн!х (робочих) струмах надлишкова енерг! я електронного газу дае внесок в роз!гр!вання всього ансамблю фонон! в 1 зм!нюе стац!онарну температуру гратки; значн! струми р!зко зб1лыпують вклад оже-рекомб! нац! I в роз!гр1-

13

вання активно! облает! СВС. В подв!йних гетероструктурах ( ПГС ) экспериментально встановлено посилення роз!гр!ву !х активно! облает! в пор!внянн! з одиночними гетероструктурами. Це зумовлено мал!стю енергИ оже-електрон! в в пор!внянн! з висотою енергетич-них бар*ер! в на границах з сус!дн1ми областями. Прояв цього ефек-ту може призвести до зростання робочого струму 1 зриву генерац! ! в неперервному режим! робити ПГС-лазер!в, що обумовлюе важлив!сть розглянутих механ!зм!в для режим! в роботи лазерних д!од!в.

В розд!л! 3 представлен! результати експериментального досл!да;ення процес!в формування центр!в випром! низально! реком-б!нац!1 на поверхн! та в тонких шарах нап!впров!дник!в.

Проанал! зовано вплив технолог! чних фактор! в на формування центр! в випром!нювально! рекомб!нац!! на поверхн! монокристал!вСаАв. Показано, що так! поверхнев! обробки, як напилення Б!^ та Се^, опром!нення у-квантами в раз! малих енерПй ! доз, легування атомами Аи, а також сколювання в р!дкому вода!, приводять в т!й або !нш!й м!р! до зм!ни !нтенсивност! I час!в релаксац!! крайово! та б!льш довгохвильових смуг фотолюм!несценц!1 (ФЛ) зразк!в СаАв, як! збудаушься потужним пучком св!тла, що сильно поглинаеться. Установлено, що смуга крайового випром!ншання, яка включав в себе переходи зона-зона та м!лка дом!шка -зона, б!льш чутлива до дест-руктуючих обробок (аж до II практичного зкикнення), н!ж б!льш довгохвильов! смуги.

П!сля у-олром! нення п-СаАз виявлен а смуга 1,39 еВ ( Т=20 К ), виникнення яко! обумовлено генерац! ею в!дносно простих поверхневих дефект!в (типу д!ваканс!й). Зникнення ц!е! смуги п!сля стравлюван-ня тонкого поверхневого шару, а також не типова для об'емних смуг дозова залежн!сть з максимумом, св!дчать на користь 11 поверхнево! природа. Легування поверхн! атомами Аи !з травника приводило до виникнення смуги 1,41 еВ, яка зникала п!сля стравлювання Аи, а також дуже тонкого поверхневого шару ваАз ( < 300 Й ). Характерно також, що нанесення атом! в Аи на опром!нену у-квантами поверхню призводило до гас!ння смуги 1,39 еВ та появи п!ка 1,41 еВ. Це вказуе на участь в формуванн! останньо! смуги, кр!м атом!в Аи, поверхневих недосконалосте» (типу ваканс!й).

Показано, що сколювання монокристал! в СаАз (п0= Ю^см-3) вздовж напрямку (НО) в р!дкому вода! призводить до р!зкого зб!ль-шення (б!льш н!ж на порядок) 1нтенсивност! крайово! смуги ФЛ 1 до зб! льшення в десять I б1лыпе раз!в час!в 11 б!експоневд! аль-но! релаксац! I. Це св!дчить на користь значних величин об'емного

Т-*

ïacy життя в пор±внянн1 з поверхневим та про р!зкэ зменшення при сколюванн! швидкост! безвипром!швально1 поверхнево! рекомб!-нац! ï, що зв'язано з новим набором поверхневих центр!в.

Одночасно з ростом !нтенсивност! крайово! смуги ФЛ виявлено. що при сколюванн! зразк!в GaAs в р!дкому вода! гоявляються нов! б!льш довгохвильов! п!ки випром!ншання 1,13, 1,20, та 1,271,30 еВ. Незалежн!сть положения нових смуг в!д характеристик об'е-му, 1, навпаки, ïxra залежн!сть в!д стану поверхн! , св!дчать про поверхневу природу смуг, що спостер!гаються. Таким чином, виявле-на випром!нювальна рекомб!нац!я через поверхнев! о центри в GaAs.

Вперше виявлено, що п!сля нанесения низькотемпературного п!рол!тичного шару Si3N4 спектри фотолсм! несценц! Ï (Т= 4,2 К) n-GaAs ( n = 1018 см-3 ) суттево зм!нюються. Зам!сть п!ка 1,502 еВ виникае ряд ч!тко виражених "поверхневих" niKîB з енерг!ями 1,515 , 1,477 , 1,444 та 1,411 еВ. Збереження ïx п!сля стравливания шару S13N4 ! зникнення - п!сля стравливания шару GaAs товщиною < 300 8 св!дчать про зв'язок нових смуг з границею розд!-лу. Ц! смуги природно зв'язати з елементарними структурними дефектами ( типу поверхнева ваканс!я + азот), створення яких сприя8 зв'язуванию азоту та ваканс!й .

Показано, що два екв!дистантних п!ка, прилеглих з довгохви-льового боку до смуги 1,477 еВ, представляють собою перше та друге ÏÏ фононн! повторения. Про це св!дчать симетрична лоренц! в-ська форма нуль-фононно! смуги, пуасон!вське зменшення ампл!туд фононних повторень. Cnt вставления з теор!ею Пекара - Хуаня -Pîca дозволило визначити як енерг!ю поверхневих фонон!в (1^= 33,5 - 1,5 меВ), так i константу екситон - фононного зв'язку. Встановлено, що енерг!я локальних поверхневих фонон! в в!др!зняеться в!д енерг!! оптичних фонон!в (£ф=37 меВ) в об'ем! GaAs, що зв'язано 1з знижен-ням симетр!ï кристалу на поверхн!.

Мала п!вширина смуги 1,515 еВ , ÏÏ несиметрична форма, що ошсуеться подв!йним гаусс!аном (пекар!аном), св!дчать про те, що це випром!нювання обумовлено зв'язаними поверхневими екситонами. П!дтвердження.м сказаного виде служать також р!зке гас!ння смуги 1,515 еВ уже при п!двищенн! температуря до 20 К ( тод! як î нтенсивност! tiam смуг починають зменшуватись при Т = 77 К) та при незначному зб!льшенн! дози у-опром!нення ( тод! як 1нтенсивност! !нших смуг при цьому зб!льшувались) , а також теоретично передбачена Рашбою можлив!сть полегшения зв'язування

15

екситон!в на поверхневих станах у зв'язку з наявн!стю при цьому г!гантських сил осцилятор!в.

Досл!джен! процеси формування центр! в випром! нювально! реком-б!нац! I в пл1вках СсК та СсБе з допомогою комплексних вим!рювань фотопров!дност1. та ФЛ. Показано, що центри випром! нювально! реком-61 нац! I, як! обумовлюють фоточутлив!сть пл! вок, формуються в про-цес! в!дпалу в шихтах на основ! Сей 1з вм!стом м!д! , хлору, галоген! д! в кадм!ю та л!т!ю за перш! 15-30 хвилин при Т= 420°С 1 за I годину - при Т = 300°С. Виявлена т!сна кореляц!я м!ж способами одержання, режимами активац!! пл!вок (температура та час в!дпалу, режим охолодаення, склад л!гатури) та характеристичними параметрами спектр! в ФЛ. 3 п! двищенням температури в!дпалу концентрац!я одних випром!нгаальних центр!в ( к-центр!в ) зростае, а !нших ( г-центр!в) - вкходить на насичения. Зросгання концентрацИ м!д!, яка вим!рювалась хем!люм!несцентним та фотометричним способами, приводить до зб!льшення концентрацИ к- 1 г-центр! в. При обробц! в парах галоген!д!в зменшуеться концентрац!я э-центр!в, що корелюе з ростом !нтенсивност! кройово! смуги ФЛ. Установлено, що в пл!в-ках СсЗБ та СйБе, як ! в монокристалах цих сполук, м!лк! випро-м!ншальн! центри зв'язан! з простими дефектами акцепторного типу ( л!т!й на м!сц! када!ю 1 м!жвузлова с!рка), для б!льш глибоких центр! в випром! нювально! рекомб!нац!1 I для центр!в безвипром! нювально! рекомб!нац! I - це б!льш складн! нейтральн! та зарядаен! комплекси.

Висока технолог! чна в! дтворюван! сть ( > 90 « ) основних ф!зичних параметр!в дозволила легко керувати спектром локальних стан! в випром! нювального типу в пл!вках типу СйЗ.

Доел! джен! процеси формування шар! в пористого. кремн!ю , який випром!нюе в видим1й- облает! спектру, одержаних шляхом анодного електрох!м!чного травления монокристал!.чного кремн1ю в електрол!т! на основ! Ш? та наступно! стаб!л!зац11 поверхневих характеристик в Н202 . Показано, що вар!ац!я технолог! чних режим!в травления дозволяе керувати спектральными та к!нетичними характеристиками процес!в випром!нювально! рекомб!нац!1. Законом!рност! випром!ню-вальних процес!в, що спостер! гакгсься експериментально , пояснен! в рамках квантово-розм!рно! аде л! Кенхема з врахуванням дисперс! ! ■ квантування.

Неекспоненц! альн! сть к! нетики рекомб!н:щ11 нос! Т в струму в шарах пористого кремн!ю. а також процеси переносу струму в структур! "метал- пористий кремн!й- кремн1 Л- метал" св!дчать на користь

16

тунельного меха»! эму прот! кання струму. До того ж самий струм " обмежений генерац!его носИв в ОПЗ та процесами подв!йно! !нжекц!1 в систем! з р!зко асиметричними контактами.

Таким . чином, технолог! чн! обробки, як! забезпечують закр!аяення об!рваних зв'язк!в, або легко рухливих дефект!в гратки , сприяготь створенню центр! в випром!нювально! рекомб!нац!1 в нап!впров!дникових СВС на основ! пористого кремн!ю, СаАв та СсВ.

Розд! л 4 присвячено досл!дкеннго рад!ац!йно1 модиф!кац!1 • енергетичних бар'ер!в в р-п-гомо- та гетеропереходах СВС.

Для вир!шення поставлено! задач! проведен! анал!тичний та чи-сельний розрахунки взаемозв'язку концентрац! I в!льних нос! !в струму з концентрац! ями к тип! в р!зних донор! в та 1 тип! в акцептор! в. В анал! тичному вигляд! вирази для концентрац! I п та ширини ОПЗ и0 одержан! для вгатадку, коли в заборонен!й зон! маеться по одному ефективно д!гочому м!лкому та глибокому частково !он!зованому донорному р1вню та 1 повн!стю !он!зованих акцепторних р!вн!в з сумарною концентрац! ею (для нап!впров!дника п-типу ). Анал!з !х показав, що в широкозонних нап!впров!дниках в значному !нтервал! зм!нювання температур та концентрац! й мае м!сце структура СВС сл!дуючого виду р+ -р-п-п+. Ширина компенсовано! облает! досить значна , а питомий оп!р областей (або б!льш високоомно! !з них), сус!дн!х з р-п-переходом , дуже високий I залежн!сть Його в!д те б!льш р!зка в тому випадку , коли нап!впров!дник мае б!льш низьку концентрац1ю глибоких р!вн!в, н!ж м!лких.

Запропоновано експериментально-розрахунковий метод к!льк!сного визначення параметр! в ОПЗ СВС на основ! широкозонних сполук ( типу ваР) шляхом урахування вкладу трьох частково !он!зованих донорних р!вн!в I 1 повн!стю !он!зованих акцепторних р!вн!в, один 1з яких мае град1ентний розпод!л в високоомн!й п-област!. Результати екс-периментально-розрахушового анал!зу дозволили в!дновити енерге-тичну д!аграму ОПЗ, х!д потенц!ального бар'еру та його ширину.

Експериментальн! досл!дження одержана з застосуванням методик вим!рювань емност! проф!л!в розпод!лу концентрац! 1 дом!нуючо! в активн!й облает! СВС дом!ппш показали, що в р-п- переходах на основ! сполук СаР та СаАзР- ширина сильно компенсовано! облает! знаходиться в межах 0,05 - 0,25 мкм. При дальшому в!-"чаленн! в!д р-п-переходу концентрац! я Н^ монотонно зро^тае. До того ж при зменшенн! п0 д!лянка р!зкоТ залежност! («) скорочуеться за рэхунок сл!дуючо! за нею д!лянки б!льш повального росту (и) та одночасного зб!лыпення ширини компенсовано! облает!.

17

Показано, до з ростом 1нтегрального штоку нейтрон!в $ мае йЮце зменшення як N^ , так 1 II град!енту dN^ / dw. Така ситуац!я зв'язана з !снуванням у зразку внутр!шнього електричного поля. Таким чином, процесами дефектоутворення можна керувати- не т!льки з допомогою зовн!шн!х, але й внутр!шн!х фактор!в.

На основ! анал!зу експериментальних результат!в формування вигин!в зон на поверхнях ( в!льних та в контакт! з !ншим матер! алом) широкого класу нап!впров1дник!в в с.п!вставленн! з процесами керування параметрами ОПЗ в р-п-переходах з допомогою рад!ац!йного оцром!нення встановлена !хня близьк!сть. Основою цих явиц е процеси компенсацИ заряду , як! сприяить переведению системи в термод! нам! чно б!льш виг!дний стан.

Виявлена 1 к!льк!сно вим!ряна залежн!сть величини зсуву ли границ! р-п-переходу СВС на основ! GaAsQi6P0>4, попередньо створе-ного термодифуз! ею цинку, в!д Ф. Показано, що по м!р! зростання « спочатку спостер!гаеться л!н!йний р!ст д», зв'язаний !з зб!льшен-ням концентрац! 1 ваканс!й гал!ю, як! являються активаторами ближ-н!х до них м!жвузлових атом!в цинку Zni , що пройшли на стадП виготовлення р-n- переходу далеко в глибину п- облает!, пот!м -б!льш р!зке зростання aw, зумовлене п!дклшченням механ!зму рад!а-ц!йно! компенсац! I пров!дност! n-област! та польовим потоком !он!в ZnG~ , перевершуючим дифуз!йний пот!к цих часток, 1 , нарешт!, д!лянка з тевденц1ею до насичення, яка зв'язана з к!нцевою концентрац! ею !он!в Zn^ та включениям в гру процесу компенсацИ пров!дност! б!льш леговано! р-област!.

Виявлено, що проф!ль дом!шки, дом!нуючо! в активн!й облает!

гетероеп!такс!йного 1Ч-випром!нювача на основ! N-GaSb / n-GalnAsSb

/ Р+- GaAlAsSb (концентрац! я основних носИв струму в областях

т7 tr tr —1ч

в!дпов!дно дор!внюе 10 , 8.10 , I0L см ), мае немонотонний характер. Ця немотонн!сть, в!дцалена на в!дстань 0,8 мкм в!д р-n- переходу, проявляеться в вигляд! розташованих поряд максимуму та м!н!муму концентрац!I дом!шки. Сп!вставления експериментальних даних та енергетично! д!аграми структури дае прив!д стверджувати , що область ОПЗ розм!щена в активн!й n-област! СВС. Незалежн! вим!рювання положения р-п-переходу методом растрово! електронно! м!кроскоп11 п!дтвердили це ствердаення 1 показали, що р-п-переход розм!щений на в!дстан! ~ 0,7 - 0,1 мкм в!д Р+-п-гетерограниц!. Отже, так! особливост! розтод!лу N* (w) показують, що мае м!сце незб!жн!сть границь р-n- переходу та гетерограниц!, 1 дозволять визначити точне м!сцезнаходження границ! р-п-переходу

18

в активн!й облает!. Зсув р+-п-переходу в глибину активно! облает! 1 поява Р+-0аА1Аз5Ь/р-Са1пЛзЗЬ гетеропереходу зумовлен! в!дм!н-н!стю коеф!ц!ент!в дифуз!! акцепторно! та донорно! дом!шок, зо-крема значною величиною коеф!ц! ента дифуз! 1 герман! ю !з високоле-говано! Р+- облает!, що нарощуетьея в останню чергу, а сама не-монотонн!сть пов'язана з розривом валентно! зони на р-Р+- гетеро-гранид! та наявн!стю град!внт!в легуючих дом!шок в Н- 1 Р+-обла-стях СБС. Сп! вставления експериментальних даних з теор! ею дозволило визначити величину розриву валентно! зони дЕу = 56-13 меВ.

Розд!л 5 присвячений встановленню взаемозв'язку теплових та вип^ом!нювальних процес!в в одно- та багатобар'ерних СВС на основ!

3 допомогою методу теплових екв!валент!в розрахована залеж-н!сть теплових опор! в окремих шар! в СВС в!д !х електроф! зичних та геометричних параметр! в (товщини (1 та д!аметра верхнього « I ниж-нього $2 контакт!в). Показано, що найб!льш суттевий внесок в сумарний тепловий . оп1р Б дають облает! активного шару , беспосередньо прилегл! до джерела теплоти 1 розм!щен! в зр!заному кон!чному екв1валент! з м!н!мальним кутом (р) розт!кання теплоти. Теплов! опори цих шар! в практично пропорц!ональн! (1 та Стосовно шар! в, як! розм!щен! в тепловому кон!чному екв!валент!, з кутом нахилу а б!льшим, н!ж р, то 1х теплов! опори не залежать в!] $1 та $2 1 слабо зростають при зб!льшенн! (1. Шари, як! розташован1 в ц!л!вдричному ( або призматичному ) екв!взлент!, макггь незначн! величини , що спостер!гаеться в випадку, коли тепловий пот!к досяг бокових границь кристалу. 1х теплов! опори чутлив! т!льки до д!аметру нижнього контакту I товщини шару. Взагал! внеском величин цих шар!в в зага.льний тепловий оп!р И можна знехтувати в зв'язку з 1х мал!стю. Таким чином, м!н1м!зац1я сумарного И шляхом ва-р!ац!1 геометричних пзраметр!в (зменшення ¿1^, зб!льшення та а також зближення м!ж зламами кон!чних екв!валент!в ) е важливим фактором при конструюванн!. потенц!Йно над!йних СВС.

Дальше проведений анал1з теплових процес!в в СВС при !мпульс-ному збудженн!. Запропонован! та розроблен! способи та пристро! для визначення температури перегр!вання активно! облает! СВС, захищен! авторськими св!доцтвами СРСР. Ц! способи та пристро! забезпечують Шдеищення точноет! , шводкод!! та над!йност! вим!рпвань.

Новизна, перопективн!сть • та корисн!сть запропонованих техн!чних р!шень полягае в узгодаенн! анал!тичних вираз!в для

то

параметр! в контуру криво! випром! нювання , одержаних досл!дним шляхом, 1з температурою перегр!вання активно! облает! СВС, яка живлиться !мпульсним струмом, при врахуванн! впливу параметр!в 1мдульсного струму (його ампл!туда I, тривалост! tj та скважност! Q ) на результати вим!рюванъ. Ц! метода дозволяють визначити температуру перегр!вання р-п-переходу безпосередньо в процес! проходження струму.

Проведено феноменолог! чний анал!з сталих теплових процес! в в СВС при врахуванн! впливу параметр! в !мпульсного струму. Встанов-лено взаемозв'язок максимально! ( Ттах ) та м!н!мально! ( Tmln ) температур перегр!ву активно! облает! СВС при живленн! 1мпульсним струмом з т!ею температурою, яка мала б м!сце при використанн! пост!Иного струму (Тстац) тако! ж ампл!туда, та зовн!шн!ми 1 внут-р1шн!ми !! параметрами : tj_, Q , теплов! пост1йн! часу tj 1 т. 1н.

В рамках теплою! модел! другого порядку пояснена експериментальна залежи! сть Tmax =f(tt, Q) при припущенн! вар!ац!1 вклад!в компонент температури з короткою т( та б!лыц пов!льною т2 тепловою пост! Иною часу в загальну ампл!туду Ттах. Одержано довол! точне узгодаешя експерименту та теор! 1 при допущенн!, що з ростом в!др!зк!в часу м!ж !мпульсами зб!лыиуеться внесок в Ттах ком-поненти з пост 1 Иною т2 1 зменшуеться внесок компоненти з пост1йною х,. Експериментально та шляхом розрахунку визначен! температура перегр!вання активно! облает! СВС ¿га !! тепловийоп!р R ( для стац!онарного та !мпульсного режим! в збудкення).

Проанал!зован! основн! законом!рност! процес!в !нжекц!йно-температурно! деградац! I СВС в умовах прискорёних 1мпульсних випробувань. Показано, що в основ! процесIв деградац! I , як! в! д-буваються п!д впливом р!зних по сво!й природ! зовн!шн!х фактор!в, лежать практично однаков! механ!зми. Встановлено, що дом!нуючим процесом деградац! 1 е дефектоутворения, яке обумовлене термопруж-ними напругами технолог! чного походження. Стимулюючим фактором при цьому е термоудар, викликаний потужним !мпульс.ним струмом. Запропоновано метод прискорёних Iмпульсних випробувань СВС та св!тлод!од1в шляхом електротренування при екстремальних 1 мпульсних струмах. Встановлен! огггимальн! режими 1 мпульсних збудаень таких випробувань.

Запропонований температурний критер!Й оптим1зац! 1 1 мпульсних режим!в живлення св!тлод!од!в, який обумовяюе ч!ткий взаемозв'язок м1ж максимальним значениям !мпульсного струму та параметрами tj 1 Q . Запропонован! номограми, як! розраховувались!з використа1шям

20

температурного критер!ю, дозволяють встановити область можливо! ' довгочасово! 1 недопустимо! !мпульсно! експлуатацИ ев! тлод!од!в.-

В к!нц! розд!лу проанал!зован! вперше експериментально виявлен! процеси переносу та дисипацИ eneprtl в багатобар'ерних гетероеп!такс1йних СВС на ochobI сполук А3В^.

Встановлен! особливост! переносу енергИ випром! шванням, цо не вийшло iз гетероструктури на основ! p(n)-GaAs/p(n)-GaAlAs/n(p)--GaAlAs, при живленн! СВС як пост!йним, так I Iмпульсним струмон.. Показано, що значн! величини внутр!шнього квантового виходу випро-м!нювання nj та мал!- зовн!шнього пе приводять до переносу енергИ всередин! СВС червоного та 1Ч-д!апазон!в. Залежн!сть величин

та коеф!ц!ента теплопров!дност! в!д температури та струму приводить до зм!ни величини енергИ, що переноситься випром! ню-ванням. Виявлено, що при малих та пом!рних струмах в!дносна доля квант!в випром! нювання, що зосталося всередин! СВС, яка Яде на пе-ревипром!нювання в довгохвальов!й облает!, превашз над частинов . цього випром!нювання, що Йде на нагр!вання границ! розд!лу GaAs-GaAlAs. При значних струмах спостер! гаеться протилежна ситуац!я.

К!льк!сно визначен! залежност! локальних температур в двох . найб!льш критичних по тепловид!ленню областях СВС в!д параметр! в стац!онарного та !мпульсного струм!в (I.tj,Q): в облает! гетеропереход! в n-GaAlAs/p-GaALAa та p(n)-GaAs/p(n)-GaALAs. На основ! цих даних та результат!в розрахунку теплового опору шар!в, як! м!с-тяться м!ж активною области I теплов1дводом, встановлено проф!ль температури перегр!вання структури для заданого режиму збудкення. Знания цього проф!лю дозволяв визначити найб!лыа критичну по тепловвд! ленню область СВС , зробити висновок про ступ!нь гомогенност! температури перегр!вання в пром!жку м!ж цими областями, отож, прогнозувати працездатн! сть та довгов!чн!сть припаду.

Розд! л 6 присвячений питаниям практичного використання в оп-тоелектронних вим!рквачах та перетворхвачах ф!зичних величин вияв-лених та доел! даених ф!зичних ефект!в на поверхн! та в об'ем! Hanl впров!дникових матер!ал!в, а також процес!в, що прот!каюгь в СВС.

Ц!ла сер! я захицених автореькими ев! доцтвь.ли колишнього СРСР пристро! в для контролю концедарац! I одн! е! речовини , що м! ститься в друг!й, використовуе традиц!йний двохканальний метод вим!рювань. Для усунення впливу залежност! вих!дного сигналу та чутливост! фотоприймача в!д коливань температури навколишнього середовища в один !з канал! в введено св!тлод!од та вузькополосний оптичний ф!льтр, який пропускае на фотоприймэч короткохвильове випром! ню-

21

вання. Сп1льна д!я експоненц! ально зросташого 1з зб!лыпенням температуря темпового струму фотоприймача та експоненц! ально зменшуючогося при цьому випром! нгоання св!тлод1ода приводить до того, що фоновий струм практично не залежить в!д температури.

Запропонована 1 розроблена як!сно нова сер! я оптоелектрокних способ! в та цристро!в вим!рювання та обробки багатоканально! !нформац! ¥ , в яких об'едаан! переваги двохканальних (рег!страц!я Iнформац! I про кожну компоненту окремо) та одноканальних (обробка 1 нформац! 1 в одному канал!). Новизна та перспективн! сть розроблених способ! в 1 пристро!в полягае в п!двиценн! точност! . чутливост! та над!йност! вим!ргаань. В!дзначен! особливост! реал1зуоться шляхом оптоелектрошюго перетворення 1 нформац! 1 про основну та зв'язану з нею речовину на одному 1 тому ж елемент! пор!вняння без розд1лення 1х по каналах. При цьому виключашься сл!дуюч! даерела похибок: часов! та температуря! нестаб!льност! фотоприймач!в та даерел св!тла, не!дентичн!сть 1х параметр!в.

Основна !дея нового способу безперервного вим!рювання концен-трацИ речовиш полягае в модуляц! 1 по !нтенсивност! випром! нюван-ня одн!е! 1з довжин хвиль (наприклад, т!е1, що несе в соб! Ифэр-ыац!ю про вим!рювану речовину) на друг!й (наприклад, т! е! , що несе в соб! 1н1юрмац!ю про основний матер!ал). Для п!двищення чутливост! способу в рол! елемента модуляц!! запропоновано використовува-ти нап!впров!дникову пластинку з власним типом пров!дност!.

Розроблен! також пристро!, 1дея яких полягае в тому, що в чутливому як до модульйвано! довжини хвил! х1, яка несе в соб! !н-формац!ю про речовину, що контролюеться, так 1 до не модульовано! довжини хвил! х2 , яка несе в соб! !1формац!ю про основний матер! ал, фотоприймальному перетворшач!, в ланцюгу навантаження якого включений р-п-перех!д, зм!щений в прямому напрямку, в!дбуваеться вид!лення користо! I нформац! 1.

Запропонован! I розроблен! ориг1нальн1 схеми оптоелектронних перетворшач!в ф!зичних величин, в основ! яких лежать структурн! метода п!двищення точност!. В них, кр!м основного, введено додат-ковий канал корекц! I, реал! зац! я якого зд!йснюеться в просторовому та часовому виконанн!. 3 метою одержання достов!рно! 1 нформац! 1 сигнали цих канал!в обробляюгься зг!дно з певними алгоритмами. П!двицення точност! досягаеться за рахунок зменшення впливу не!н-формативних та дестаб!л!зуючих фактор!в на результати вим!ршань. Структурой надм!р 1 нформац! I дозволяе звести до м!н!муму похибку в!д сторонн!х фактор! в.

ОСНОВШ ВИСНОВКИ

В дисертац!йн!й робот! проведен! доел!дження рад!ац1йно! та терм!чно! модаф!кац11 рекомб!нац!йнихвластивостей, електроф! зич-них та енергетичних параметр!в потенд!альних бар'ер!в в СВС на основ! сполук А3В5. Узагальнення результат! в проведених комплексних експериментальних та теоретичних досл!д*ень СВС на основ! багато-компонентних сполук дало можлив!сть виявити ряд нових ефект!в та одержати достатньо повну !нформац!ю про загальн! законом! рност! ф!зимних нроцес!в та явищ у таких объектах, запропонувати шляхи ц! леспрямованого формування 1 перетворення центр! в випром! нюваль-но! рекомб!нац! 1, керування параметрами потенц! альних бар*ер! в , провести досл!даення взаемозв'язку випром! нювальних та теплових явищ в СВС, придес 1 в переносу та дисипацИ енергИ випром!ню-вання, що залишилось всередин! СВС, а також розробити та впрова-дити нов! способи та пристро! для контролю ф!зичних параметр! в матер! ал!в, структур та вироб!в оптоелектрон!ки.

Найб! льш 1 стотн! результати дисертац! I можна сформулшати так: I. За допомогою комплексних експериментальних досл!джень (спектральн!, диференц! альн! та к!нетичн! метода вим!рювань) про-цес! в випром! нювально! та безвипром! нювально! рекомб!нац!1 в ква-з!нейтральних областях, на границях розд!лу середовищ, а також в областях ОПЗ, I, в деяких вкладках, теоретичних розрахунк!в:

- вперше виявлено та досл!джено при нейтронному опром!ненн! перерозпод!л рекомб!нац!йних поток! в основно! частки випром! ню-вання в!д переход!в зона-зона до переход!в зона-дом!шка (св!тлови-випром!нююч! р-п- структури на основ! СаЛдР:2п ), зв'язаний з рад!ац!йним переводом м!жвузлових та !нших нерегулярних атом!в цинку на м!сця рад1ац!йних ваканс!й гал!ю, та в!д сер!1 екситон!в, локал!зованих на окремих атомах азоту (А-сер!я), до сер! 1 екечто-н!в, як1 зв'язан! на двох ближн!х ( М,- сер1я ) атомах азоту (св!тловипром1нююч£ р- п- структури на основ! СаР:Ы ), за рахунок асоц!ац! 1 !зольованих атом!в 1зоелектронно! чом!шки азоту Ир в МрИ^-комплекси внасл!док стимуляц! 1 дифуз! I окремих атом! в азоту через ваканс! 1 фосч^ору. як! виникають при нейтронному опром!ненн!;

- зареестровано 1 вивчено при низькодозовому у-опром!ненн! прискоренн.ч неекспоненц!ально1 к! нетики зростзшя та спадання електро.пкм!несценц! 51 (при Ух ночэтков! й в!дм1нност! ) та перекачку випром 1ндаання 1з дош'охт'шового кршш спектрально! криво! в ко-роткохнипьове при нг-зм 1 нкост I енергетичного положения та !нтенсив-

23

даст! максимуму смуги випром!нювашя, як! пов'язан! з обумовленою у- опром!ненням гомоген!зац!ею флуктуац!й зарядаених часток, тобто 1з зм1ною рельефу ( глибини та конф!гурац!! ) потенц1альних ям;

- встановлена залежн1сть констант екситон-фононного зв'язку Бф в сер1ях А- та 1Ю,-екситон1в в!д величини 1 нтегрального потоку нейтрон! в $ 1 вперше показано , що з ростом $ мае м!сце зменшення S. для NN, - сер!1 , яке зв'язане з рад!ац!йним зб!льшенням ефективно! д!електрично! проникност! та об'ему елементарно! ком!р-ки кристалу за рахунок переводу атом!в з б!льшим ковалентним тетраедричним рад!усом (гал!ю) на м!сця ваканс!й фосфору, як! мають менший рад! ус, 1 зб!льшення Бф - для А-cepll, яке зумовлено рад!ац!йними дефектами, що приводять до деформац! I основного стану екситону, локальними деформац! йними та електричними полями;

-запропонован! ф!зичн! метода стримування рад! ац!йно! дегра-дац! I св!чення СВС, в основ! яких лежить неоднаковий характер дозово! залежност! 1нтенсивност! випром!нювальних переход!в, виявлений для р!зних смуг;

-експериментально встановлена ч!тка кораяяц! я деградацИ ефективного часу життя носПв струму з рад! ац! Иною генерац!ею глибоких р!вн!в безвипром!нювально! рекомб! нац! ! ( Ес-0,25 та Еу + 0,85 еВ ) в СВС на основ! GaP:N;

- теоретично розрахован! рекомб! нац! йн! оже-процеси на грани-цях розд!лу середовищ 1 в об'ем! нап!впров!дник!в при !стотному вплив! поверхнево! рекомб! нац! 1 таврахуванн! дафуз!йнихпроцес!в 1 вперше експериментально виявлений на фон! електрон- електронвдх та електрон-фононних взаенод!й носИв струму прояв зона- зонно! оже рекомб!нац! 1 в об'ем!, яка супроводжуеться рекомб!нац!ею Шокл!-Р1да на границ! розд!лу шар!в, в ампл!тудиих 1 к!нетичних характеристиках випром!шавальних та тепловых явит в активн!й вузь-козонн!й облает! багатобар'брних структур на основ! GalnAsSb, що зумовлено високою концентрац!ею нер!вноважних носПв струму та наявн!стю потенц!альних бар'ер1в, висота яких перевищуе ширину заборонено! зони активно! облает! СВС;

- виявлено виникнення поверхневого випром!ншання, яке зв'язане з генерац!ею центр!в випром! швалью! рекомб! нац! I на очище-н!й (110)-поверхн! GaAs в!д безвипром1шивальних центр!в шляхом сколювзння в нейтральному середовищ! та при низьких температурах (переходи зона пров!дност! - поверхневий дефект), а також прояв поверхневих екситон!в в систем! GaAs-Sl^ за рахунок гетерування в д!електрик дефект!в, що знаходяться в пршоверхнев!й облает!,

24

та теоретично передбаченого Рашбою полепиення зв'язування ексито-н!в на поверхневих станах в зв'язку з наявн!стю при цьому г!гант-ських сил осцилятор!в;

-виявлен! локальн! поверхнев! фонони та визначена Ix енерг!я

= 33,5 - 1,5 меВ) , яка не 3Öiгаеться з енерг!ями н! поздовж-нього , н! поперечного оптичних фонон!в, що обумовлено зниженням симетрИ кристалу при переход! в!д об'ему до поверхн!.

2. Сп! вставления чисельних розрахунк!в та експериментальних досл!джень умов формувэкня компенсованих областей 1 областей ОПЗ в св!тловипром!нхж>чих p-n-гомо- та гетеропереходах дозволило визначити так! взжлив! параметра областей, як ширина компенсовано! облает!, концннтрац!я та град!ент концентрац!! дом!нуючо! в ОПЗ дом!ики. Показано, що нейтронне опром!нення р-п-структур на основ! GaAsP:Zn приводить до зменшення двох останн!х величин, в той час, як границя р-п-переходу, яка зв'язана з шириною компенсовано! облает!, з ростом !нтегрального потоку нейтрон! в зсуваеться в глиби-ну СВС за рахунок переводу. м!жвузлових атом! в цинку на м!сця ра-д!ац!йних ваканс!И гал!ю, компенсацП б!льш високоомно! облает! структури, а також польового потоку !он!в цинку по вузлах гал!ю. Виявлен! та досл1 джен! незб1г границь р- п- переходу та гетеропереходу. а також немонотонн!сть проф!лю дом1шки, яка дом!нуе в активн!й облает! подв1йно! гетероструктури на основ! GalnAsSb. Зсув р-п-переходу в пшбину активно! облает! зумовлений в!дм!н-н!стю коеф!ц!ент!в дифуз!! акцепторно! та донорно! дом!шок , зокрема значною величиною коеф!ц! енту дифуз! 1 герман! ю !з високо-леговано! Р+- GaAlAsSb облает! , що нарощуеться в останню чергу, а сама немонотонн! сть пов'язана з експериментально п!дтвердаеним розривом валентно! зони ( дЕу = 56-13 меВ ) на гетерограниц! р - GalnAsSb / Р+- GaAlAsSb та наявн!стю град!ент!в легуючих дом!шок в N- 1 Р+-областях СВС.

3. Вперше детально досл1дкен! теплов! процеси, як! зумовлен!, головним чином, прот!кзючим струмом, в одно - 1 багатобар'ерних випром!нтвальних р-п-структурзх на основ! сполу: А3В5. При цьому:

- проведню феноменолог! чний розрахунок та експериментальний анал!з стаяих теплових процес!в в СВС при врахуванн! впливу параметр!в Iмпульсного струму (ампч1туда, тривал!сть та сквзжнtсть !мпульс.!в) та встановлено взаемозв'язок максимально! та м!н1мально! температур иерегрХвшшя структури з т!сю температурою, яка мала б м!сце при живленнТ структури пост!йним струмом тако! ж амнл.1 туди, 1 з w>BiiI шн1ми 1 внутр!шн1ми параметрами припаду, що

дозволило запропонувати температурний критер!й оптим!зац! ï !мпульсних режим! в живлення випром! нювач! в;

-виявлен! та досл1даен! процеси переносу i дисипац!! енерг! Ï випромîназваниям, яке зосталося всередин! подв!йно1 гетероструктури на OCHOBI GaAs-GaAlAs, та встановлено , що при малих 1 пом!рних струмах в!дносна доля квант!в випром! нювання ochobhoï (короткохви-льово! ) смуги, як! йдуть на перевипром! нювання в довгохвильов!й облает!, переважае ту частину цього випром!нювання, яка витра-чаеться на нагр!вання границ! розд!лу GaAs-GaAlAs, а при значних струмах - навпаки;

- к!льк!сно визначен! та встановлен! залежност! локальних температур в двох найб!льш критичних по тепловид! ленню областях випром! нювач! в видимого та 1Ч-дапазон!в на основ! GaAIAs (облает! гетеропереход!в GaAs / GaAIAs та p-GaAlAs / n-GaAlAs) в!д параметр! в стац!онарного та !мпульсного струм!в, що дозволяе прогнозу-вати працездатн! сть приладу, розробити методику визначення проф!лю температури в багатобар'ерних СВС, котра враховуе валив на теп пов! параметри випром!нювання, яке залишилося всередин! структури.

4.Ф!зично обгрунтовано ! розроблено комплекс як!сно нових оп-тоелектронних способ!в та пристро!в, як! захщен! авторськими св!-доцтвами колишнього СРСР. Вони характеризуются п!даищеною тонн! -стю та чуглив!стю вим!рювань за рахунок зменшення нпгашу не!нфор-мативних та дестаб!л!зуючих фактор1в. Зокрема запропонован! та апробован! нов! способи та пристро! для контролю концентрат ï одн1е! речовини, що зв'язана з другою, в яких об'еднан! переваги двохканальних та одноканальних метод!в , а також використаний (вперше запропонований 1 розроблений) метод модуляц! ! !нтенс.ивно-ст! одного випром!нювання !ншим. Разроблен! ! застосован! методики та пристро! для визначення температури перегр!вання активно! облает! СВС при ÏÏ 1мпульсному збудкенн t.

0CH0BHI РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦП ОПУБЛШОВАНТ В РОБОТАХ:

Т. Обнаружение излучатепьной рекомбинации на поверхности полупроводников (GaAs) / В.А.Зуев, В.Г.Литовченко, Г.А.Сукач, Д.В.Корбутяк // Письма в журн. эксперимент, и теорет. физ.- 1972.16, вып.З.- С.126-129.

2. Процессы рекомбинации носителей тока на поверхности Ge и S1 при лазерном возбуждении / В.А.Зуев, В.Г.Литовченко, Г.А.Сукач И др.// Физ. и техн. полу проводи.- 1972.- 6, внп.И.- C.I936-Ï944.

3. Surface Luminescence in GaAs at Laaer Excitation /

26

V.A.Zuev, V.G.Lltovchenko, G.A.Sukach, D.Y.KorbutJak // Phys. Stat. Sol.(a).- 1973.- 17. N 1.- P.353-358.

4. Зуев B.O., Сукач Г.О. Лазери 1 нап1впров1даики.- Khïb: Знания, 1973.- 48с.

5. Кинетические и стационарные характеристики фотолюминесценции n-GaAs при различных состояниях поверхности / В.А.Зуев, Д.В.Ксрбутяк, В.Г.Литовченко, Г.А.Сукач // Изв. АН СССР , сер. физическая.- 1974,- 38, N 7 .- С. I29I-I293.

6. Применение лазеров для исследования неравновесных приповерхностных процессов в полупроводниках/ В.А.Зуев, В.Г.Литовченко, Г.А.Сукач, Д.В.Корбутяк // Квантовая электроника.- 1974.- Вып.8.~

C. 43-51.

7. Investigation oí the Semiconductor Surface Luminescence by Laser Excitation (GaAs) / V.G.Lltovchenko, • V.A.Zuev,

D.V.KortmtJak, G.A.Sukach // Jap. J. Appl. Phys.- 1974.- Suppl.2, Pt.2.- P. 421-424.

8. Зуев В.А., Литовченко В.Г., Cyica4 Г.А. Многочастичные рекомбинационные процессы на поверхности и в тонких слоях S1 и Ge при лазерных возбуждениях / Физ. и техн. полупроводн.- 1975.- 9, вып.9,- С. I64I-I648.

9. Зуев В.А., Литовченко В.Г., Сукач Г.А. Об одном механизме компенсации поверхностного заряда в полупроводниках // Укр. физ. журн.- 1975.- 20, вып.7,- С. II47- 1153.

10. Поверхностная рекомбинация в кремнии при различных состояниях поверхности / Ю.А.Алексеев, П.И.Диденко, Г.А.Сукач и др. // Укр. физ. журн,- 1976.- 21, вып.5.- С. 755-762.

11. Миленин В.В., Примаченко В.Е., Сукач Г.А. Рекомбинационные процессы на легированной золотом поверхности кремния при лазерном возбуждении / Укр. физ. журн.- 1976.- 21, вып.8.-С.1301-1304.

12. A.c. 693173 СССР, МКИ G 01 N 21/30. Устройство для непрерывного измерения количества вещества в движущемся материале/ В.П. Черненко, Г.А.Сукач,. Л.А.Соломко и др.- 1978 г.

13. A.c. 8II99I СССР, МКИ G 01 N 21/31. Способ непрерывного измерения количества вещества , связанного с основным движущимся материалом и устройство для его осуществления / Г.А.Сукач, М.И.Коновал.- 1980 г.

14.А.с.798504 СССР, МКИ G01J 1/44. Фотометр/Г.А.Сукач.-1981г.

15. A.c. 890158 СССР, МКИ G 01 N 15/06 . Устройство для измерения концентрации твердых взвешенных частиц / Г.А.Сукач.- 1981 г.

16. A.c. 1097049 СССР, МКИ G 01 N 21/31 . Способ непрерывного

27

измерения количества вещества , связанного с основным материалом / И.В.Потыкевич, Г.А.Сукач, Н.Н.Межуев и др.- 1981 г.

17. Измерение температуры р-п-переходов в импульсных режимах эксплуатации / В.В.Николаенко, С.В.Свечников, Г.А.Сукач и др. // Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Температура- 84".-львов, 1984.- С.204-206.

18. А.с. 1202386 СССР, МКИ G 01 N 21/86. Устройство для .измерения количества вещества , связанного с основным материалом / Г.А.Сукач, В.М.Гладаревский.- 1984 г.

19. Определение локальных температур в светоизлучанцих структурах на основе GaAIAs / С.В.Свечников, Г.А.Сукач, Н.И.Сыпко,

B.В.Николаенко// 2урн. техн. фиэ.- 1985.- 55, вып.Н.-С.2265-2266.

20. Тепловые параметры светоизлучавдих структур на основе GaAaP / В.В.Николаенко, С.В.Свечников, Г.А.Сукач и др.// Оптоэлек-троника и полупроводниковая техника .- 1985,- Вып. 7,- С. 30-35.

21. А.с. I22I506 ССССР, МКИ G 01 J 1/04 . Устройство для измерения количества вещества, связанного с основным материалом / Г.А.Сукач.- 1986 г.

22. А.с. 1260692 СССР, МКИ G 01 J 1/04. Устройство для измерения концентрации вещества, связанного с основным материалом/ Г.А.Сукач.- 1986 г.

23. Исследование электролкминесцентных характеристик диффузионных светодаодов на основе GaAs0 6Pq 4 при возбуждении импульсным током/ В.В.Николаенко, С.В.Свечников, Г.А.Сукач и др.// Опто-алектроника и полупроводниковая техника.- 1986.- Вып.9,- С. 10-19.

24.Сукач Г.А., Каганович Э.Б., Свечников C.B. Исследование процессов формирования центров излучательной рекомбинации в фото-проводящих пленках CdSe // Укр. физич. журн.- 1986. - 31, N.H.-

C.1686-1690.

25. Каганович Э.Б., Сукач Г.А., Свечников C.B. Исследование спектров фотолюминесценции фотопроводящих пленок CdS: Си, Cl // Укр. физ. журн,- 1986.- 31, N 12,- С. 1794-1800.

26. А.с. 1389454 СССР, МКИ G 01 R 31/26 . Способ определения температуры излучающих р-п-дереходов / С.В.Свечников, В.П.Сушков, Г.А.Сукач и др.- 19&7 г.

27. Сукач Г.А., Сыпко Н.И., Богословская А.Б. Тепловые процессы в светоизлучавдих диодах при импульсном возбуждении // Опто-электроника и полупроводниковая техника.-1987.- Вып.II.- С. 41-47.

28. Сукач Г.А., Каганович Э.Б.. Свечников C.B. О формировании центров излучательной рекомбинации в пленках CdSe // Изв. A1I СССР,

28

сер. Неорган, материалы.- 1987.- 23. H 8.- С. I390-I39I.

29. Температурный критерий оптимизации импульсных режимов питания светоизлучащих индикаторов / П.Ф.Олексенко, Н.И.Сыпко, Г.А.Сукач, В.В.Николаенко // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.- 1987.- Вып.12.- С.31-34.

30.Перенос энергии в светоизлучащих структурах GaAs- GaAIAs/ Г.А.Сулач, C.B.Свечников, В.П.Сушков и др. // 32 Intern. Wissenschaftliches Koll.- TU Ilmenau, DDR, 1987.- Heft 4.- P. 137-140.

31. Каганович Э.В., Сукач Г.А., Свечников C.B. йзлучательная рекомбинация в плешсях CdS при лазерном возбуждении // Квантовая электроника.- I987.- Вшт. 32.- С.78-83.

32. A.c. 1473554 СССР, МКИ G 01 R 31/26 . Способ определения температуры активной области светоизлучащих приборов // Г.А.Сукач, Н.И.Сыпко, В.П.Сушков и др.- 1988 г.

33. Сукач Г.А., Сыпко Н.И., Глэдаревский В.М. О точности измерения спектральных характеристик оптических эффектов в полупроводниковых материалах и приборах // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника .- 1988.- Вып.14.- С.58-62.

34. Svechnlkov S.V., Sukach G.A., Kaganovlch E.B. Research on Radiative Recombination Centre Formation In Photoconductlve Cadmium Sulphide and Selenlde Films // Thin Solid Films.-1988.- 168.- P. 67-71.

35. Перенос тепла излучением в гетероэпитаксиалышх светодиодях при импульсном возбуждении / В.П.Сушков, В.С.Абрамов, Г.А.Сукач и др.// Укр. физ. журн.- 1988.- 33, N 10.- C.I547-I549.

36. Процессы формирования локальных центров в слоях CdS, выращенных из системы Cds-Cr203 / Е.М. Константинова-Кабасанова, К.Ст.Кябасзнов, Г.А.Сукач и др. // Bulg. J. Phys.- I988.-15, N 5.-Р. 445-451.

37. A.c. 1499020 СССР, МКИ H 01 L 21/66 . Способ определения температуры активной области светодиодов в рабочих режимах / Г.А.Сукач. Н.И.Сыпко, В.П.Сушков и др.- 1989 г.

>38. A.c. I509G83 СССР, МКИ G 01 N 21/25. Устройство для измерения концентрации вещества, связанного с основным материалом / Г.А.Сукач, В.А.Ружинский, А.В.Жих и др.- 1989 г.

39. Сукач Г.А., Сыпко Н.И., Николаенко Е 3. Влияние слмогюглощешя излучения на изиучательные 1 тепловые процессы в светоиз.лучашцих структурах ни основе GaAIAs // Оптоэлектроника и пояупроролникйвяч техника.- 1989.- Рнп. 15.- С. 50-56.

•;о. A.c.. ТГ>8СЧЩ СССР, МКК G Ol R 31/26. Устройство для

29

Эпрвделения температуры активной области светоизлучанцих приборов/ Г.А.Сукач, II.И.Сьшко, В.М.Гладаревский,- 1990 г.

41. Сукач Г.А., Сыпко Н.И. Влияние нейтронного облучения на спектры электролюминесценции прямозонного GaAsP, легированного цинком// Физ. и техн. полупроводн.- 1990.- 24, вып.2.- С. 368-369.

42. 0 параметрах компенсированных областей в светоизлучащих р-n- переходах на основе GaP:N и GaAs0_6PQ_4 / Г.А.Сукач, К.А.Шахов, И.В.Рыжиков и др.// Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.- 1990.- Вып. 17.- С. 79-84.

43. Сукач Г.А., Сыпко Н.И. Влияние облучения нейтронами на спектры излучения -, связанные с наличием цинка в красных светодиодах на основе GaAsP // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.- 1990.- Вып.18.- С. 25-35.

44. Обнаружение изменения констант экситон-фононной связи в светоизлучающих GaP:N - структурах , облученных нейтронами / C.B. Свечников, Г.А.Сукач, Н.И.Сыпко , А.М.Яремко // Письма в Журн. техн. физ.- I99Q.- 16, выи. II.- С.45-48.

45. Влияние нейтронного облучения на интегральные и дифференциальные характеристики GaP:N светодиодных структур / В.В. Николаенко, Г.А.Сукач, Н.И.Сыпко и др. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.- 1991.- Вып. 19.- С. 30-37.

46. Влияние нейтронного облучения на профиль доминирующей в области пространственного заряда примеси в светодиодах на основе GaAsP / Г.А.Сукач, Н.И.Сыпко, П.Н.Свекольников, А.П.Клименко// Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.-1991.-Вып.20.- С.20-26.

47. Сукач Г.А., Сыпко Н.И. Экспериментально-расчетная методика определения параметров компенсированных областей р-п-переходов/ Оптоэлектроника и полупроводн. техника. -1991,- Вып.21.-С.43-47.

48. Деградация светоизлучащих диодов в импульсном режиме / В.А. Бржезинский,.В.К.Макаров, А.С.Паранюк, Г.А.Сукач // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.- 1992.- Вш.25.- С. 41-46.

49. Сукач Г.А. Определение тепловых параметров светодаодов (обзор)//0птоэлект. и полупроводн. техника.-1993.-Вын.2б.-С.30-53.

50. Влияние низкодозового облучения на характеристики излучающих структур на основе компенсированного арсенида галлия / Г.А.Сукач, А.Б. Богословская, А.Е.Гафт и др. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника 1993.- Вып. 26.- С. 64-70.

51. Сукач Г.А., Свечников Г.С., Сыпко Н.И. Процессы радиационного дефектообразования и деградация аффективного времени жизни в светоизлучающих р-п-структурах на основе GaP:N и GaAsP // Оп-

30

тоэлектроника и полупроводниковая техника.-1993.-Вып.27.-С.47-54.

52. Сукач Г.А. Влияние нейтронного облучения на перемещение границы р-п-перехода в светодиодах на основе GaAsP // Физ. и техн. полупроводн.- 1993.- 27, Вып. 5.- С.697-699.

53. Исследование распределения примеси в области reTepoipa-ниод p-GalnAsSb / P-GaAlAsSb / А.Б.Богословская, Н.М.Колчанова, Г.А.Сукач и др. // Физ. и техн. полупроводн,- 1993.- 27, шп.9.-C.I574-I577.

54. Светоизлучавдие слои пористого кремния : получение, свойства и применение / С.В.Свечников, А.В.Саченко, Г.А.Сукач и др.// Оптоэлектроника и полупроводниковая техника.- 1993.- Вып. 27.-С. 3-35.

55. Temperature Distribution in GaAlAs / GaAs DH Light Bnlttlng Diodes / G.A.Sukach, T.T.Plotrowskl, M. Piskorskl et al. // Opto-electronics Review.- 1993.- 3.- P. 80-83.

56. Разогрев в гетероструктурах на основе GalnABSb / Н.М.Колчанова, А.А.Попов, А.Б.Богословская , Г.А.Сукач // Письма в журн. техн. физ.- 1993.- 19, вып.21.- С. 61-65.

РЕЗЮМЕ

Диссертация посвящена исследованиям процессов , приводящих к изменениям рекомбинационннх явлений, рекомбинационных и экситоншх спектров люминесценции и потенциальных барьеров полупроводниковых светоизлучаюдих структур (СИС) при радиационных и термических воздействиях. В работе с помощью комплексных экспериментальных исследований и, в некоторых случаях, теоретических расчетов: при нейтронном. облучении обнаружено преобразование центров безызлучательной рекомбинации в центры излучательной рекомбинации в GaAsP:2п-СИС и преобразование одних излучательных комплексов в другие - в СаР:Ы-СИС; устаноапеш зависимости констант экситон-фонопной связи в сериях зкситоиш, связанных на одиночных и двух ближайших атомах азота (GaP:N-CHC) от дозы нейтронов ; предложеш физические метода замедления радиационной деградации эффективности излучения; установлена взаимосвязь деградации эффективного времени жизни и радиационной генерации определенных глубоких уровней безнзлучате.кьной рекомбинации ; теоретически рассчитаны оже-процессы в обьеме полупроводников при учете влияния поверхностной рекомбинации и процессов диффузии и экспериментально

31

обнаружено проявление оона-эонной оже-рекомбинации в объеме и (»комбинации Шокли-Рида на границе раздела сред в излучательных и тепловых процессах, разыгрывающихся в активной области двойных гетероструктур (ДГС) на основе GalnAsSb; обнаружено возникновение поверхностного излучения , связанного с генерацией поверхностных излучательных центров за счет очистки поверхности GaAs при сколе в жидком водороде или путем генерирования поверхностных дефектов в диэлектрик в системе GaAs-Si3N4; выработаны технологические методы управления спектром и временами излучательной рекомбинации в пленках и тонких слоях полупроводников.

Путем сопоставления численных расчетов и экспериментальных исследований установлено, что с ростом дозы нейтронов имеет место уменьшение концентрации и градиента концентрации доминирующей в ОГО активной области А3!!6- СИС примеси, а также наблюдается сдвиг р-п-перехода в глубину n-области GaAsP:Zn-CHC. Обнаружено несовпадение границ р-п-перехода и п-Р+-гетероперехода и немонотонность профиля примеси доминирующей в активной области ДГС на основе GalnAsSb.

Проведен феноменологический расчет и экспериментальные исследования установившихся тепловых процессов в активной области СИС при импульсном возбуждении; предложен температурный критерий оптимизации импульсных режимов их питания. Обнаружено явление переноса и диссипации энергии невышедшим из гетероструктуры на основе GaAe- GaAlAs излучением; установлено, что при малых и умеренных токах оставшееся внутри структуры излучение основной полосы преобразуется преимущественно в более длинноволновое излучение , генерируемое на границе раздела GaAs-GaAlAs , а при больших токах - идет в основном на нагрев этой границы раздела. С учетом этого фактора количественно определены и установлены зависимости локальных температур в областях гетеропереходов p(n)- GaAa / p(n)- GaAlAs и p-GaAlAs/n-GaAlAs от параметров стационарного и импульсного токов.

На основании анализа обнаруженных и исследованных в диссертации физических аффектов и явлений предложены, разработаны и апробированы оптоэлектронные способы и устройства для измерения концентрации вещества в многокомпонентных материалах и температуры активной области СИС, обладающие высокой точностью, быстродействием и надежностью измерений.