Рекомбинационное излучение с участием собственных точечных дефектов в фосфиде галлия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ МОЮГПЛ ОД ТЕХШ5ЧЕС1СИЙ УНИВЕРСИТЕТ МОДЦОВУ

2 2 МАЯ 1905

Тзрчзнко Виктор Потрович

ЗДК 621.315.602

PE'tCfSISIAmiOHHOE KWEffiE О Г^йСШЙ СОБСТБЕШШ ТОЧЕЧНЫХ ДЕФЕКТОВ В Ф0СФЙ2Щ ГАЛЛИЯ

'01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физи&з-математически* на><<

Кишинэу-1995

Работа шполнзпа в Техническом Университете Молдовы Научный руководитель:

докгс-р хабилитат фкюшо-математичвсккх наук А.И.Ивашэнко

Официальные оппоненты:

доктор хгбилитат физяко-матеиатичоскиЕ наук

про&есеор с.Я.Пьт'нян ;

доктор хабшсгтат физкш-матоматичвожз наук !

профессор . Д.Д.Бэдоогло

доктор хабилитат теяпнэскнх каук Э.В.Русу

Запетга состойтсл "_"_1995 г. в_часоз на

заседании .Стациаякзировашюго Совета БН 01.S2.CB при Ипстп-туте прикладной фтгвсв Академии Наук Республики {¿оддова по врроау: 277028, гЛ'аашгез» ул.Академическая 5.

С даасертащзэа иокгао ознакомиться в 15энтралыюя научной библиотека Академии наук Вэспублики Молдова.

Автореферат разослан м_"_ 1895 г.

Ученый секретарь Стациализированого Совета, доктор хабилитат физико-математических наук

Д.З.Грабко

)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРЯС1 Ш(А РАБОТЫ

Актуальность темы. В реальных полупроводпдаах, в тоу числе и в АвВ^. определяющее влияние на форгагровакта их свойств окэзыбзктг содержащиеся в roa разного рода несовершенства. При этом, если такие характеристики как ширина ззпроЕрннс» зоны, постоянная ревэтки, плотность материала, слабо реагируют па состоят-) дефектности кристалла, то другие важные пзр^^«) как контан-трзцая свободаых носителея заряда, времена р^кигонюции, спектры фоточувствшвльности и люминесценции находятся в сильной зависимости от ансамбля дефектов полупроводника.

В настоящее время получены шогочисленнш доказательства сдаственного влияния собственных точечных дэфехтов (СТД) структуры в ASBV на элэкгрофизэтзеюю свойства этих соединений и особенности поведения в ms дэгкрувдия и остато^тых примесей.

Однако, В СИЛУ ПОТвИЦИЗЛЫгаГО .КН0Г20бра37Л типов дафбКТОВ в тдупрезоднмках ЛЯВ7, до настоящего времени по установлено однозначных связэа шаду свояс. »ами полупроводников и структурой их собственной дефектности. Это отражается и на состоянии исследования, посвяденныж излучательноа рекомбинации с участием СТД. Поэтому вопросы, связанна с совершенствовавши йэдэ.яэа собстаэнноа дефектности шхлупроводаиков A®BV и ее влияния на Езлучатвлъную рекомбинации, представляются актуальными. одним из примеров технического использования решения задачи нэпрааяешего формирования задззяоа совокупности свояста тяупроводнижа АвВ7 служит ¿голучениэ СаР свето диодов с "чисто" заданы* свечением. Это монет быть достигнуто путем максимального подавления эффективности всех каналов излучательноа абезыэдучаггальаоа реюмбинацга, за исключением околокраевоа зкеигонноа лпгавэецк я» В силу >хно-лэгических особенностей получения фосфида галлия а вей всегда присутствуют фоновые привеса такие как кислород, крзкниз. эти примеси могут взаимодействовать с СТД в это также проявляется в • излучательяоа рекожЯетэцяи. Однако закономерности такого взаимодействия в СаР о его влияние на конкретные полосы лгаинеецэнции изучены шдостэточзо.

1Ьль» работа явилось кзучэнгэ влияния СТД на излучательную

рекомбинацию фосфида галлия. Исходя из сформулированной. дели, в работе следовало:

1. Изучить фоталшинесцэвдию <ФЛ) в эгаггаксиальных слоях (ЭС) n-GaP, выращенных из раствора расплава с регулируемым равновесным давлением пара фосфора, с целью подтверждения значимости вклада .СТД в протекание рг -омбинационных процессов в GaP.

2.''Изучить влияние скорости послеростового охлаждения на М характеристики апигаксиальных плевок n-GaP, с цель» выявления возможного участия СХД в формовании издучательных комплексов совместно с неконтролируемыми примесями (кремний, кислород).

3. Изучить эволюцию свойств длинноволновых полос ФЛ в дырочном и голуизолирувдэм СаР. стимулируемую изменением реком-бинационноа и комплвксообразупадй активностей отдельных типов СТД при их направленаоа перезарядов.

4. Изучить зависимость ФЛ от уровня лвгиров. шя СаР швами фосфора, с цель» конкротизаили влияния дефектов, связанных с наличием в решетке "избыточного* фосфора.

5. Изучить рекомбинационные параметры дефектных, состояния в кристаллах и пленках СаРдругими электрофизическими методами ,эффект Холла, нестационарная спектроскопия глубоких уровне* (BITS) и пр.) й сопоставить их результаты с давзыки ел с цэлы> повышения достоверности сделанных выводов.

Научная новизна работы состойт в следующем:

- впервые при исследовании ФЛ GfiP была использована идея одновременного управления а кристалла положением равновесного уровня Ферми и стехиометрией полупроводника. На этой основе показана исключительна важная роль антиструктурного фосфора в мзлучательнои рекомбинации с участием СТД в СаР;

- разработана модель распада растворов СТД - примесь в ЭО n-GaP: Si при их послеростовом охлаждении. Предложен механизм ком-плексообразования S1 с антиструктурным фосфором. Выявлена роль этих комшвксов в формировании полосы ФЛ ~1,7 эВ в n-GaP. Подучены оценки рек^мбинационных параметров данного комплекса;

- выявлена новая полоса ФЛ с энергией квантов ,16 аВ в р GaP, происхождение которой связывается с наличием в полупро-

воднике комплекса РСа- примесь, что дополнительно указывает па высокую комплэксообразуюцу» способность СТД;

- выявлена новая полоса ФЛ с энергией квантов -О,. эВ в 1-Свр', трактуемая наш как внутрицентровыя излучательныя переход электрона из возбужденного в основное' нейтральное состоял антиструктурного фосфора.

Практическая значимость работы заключается в:

- создании программно-управляемой установки для изучения ФЛ полупроводников в видимой и ближней Ж области спектра. Реализованный комплекс управляется посредством языка высокого уровня, поддерживает ввод информации со стандартных измерительных цифровых приборов и ее вывод на гибкие магнитные дасгда, печатающие устройства, самописец;

- создании программного обеспечения, осуирстзляюздзго. обработку полученных данных, сравнение формы выбранных полос с теоретическими;

- выяснении актуальности технологических факторов, которые могли бы стимулировать комшоксообразование точечных ~,ефектов с фоновыми примесями.

- демонстрации возможности повышения интенсивности зеленой компоненты а излучательной рекомбинации СаР при направленном воздействии на ансамбль СТД в полупроводнике.

На защиту выносятся следующие положения:

1. СТД в СаР обладают сильными комилексообразующими свойствами Основными являются комплексы типа СТД - примесь (кремний, цинк), образующиеся на этапе выращивания кристалла или ЭС.

2. Возможно управление совместным распадам растворов СТД -примесь путем применения различных режимов посла ростового охлаждения. Существуют различные схемы распада раствора СТД-Б1 для случая наличия сверхстехиомэтрического избытка галлия и дли случая сверхстехиометрического избытка фосфора в исходном равновесном составе СаР.

3. Основным типом СТД, проявляющимся в излучательной рекомбинации СаР, явля^ . ся антиструктурныа фосфор, который можо-. находиться в нейтральном и возбужденном состоянии. В однократно

ч

+

ионизированном состоянии он образу»т комплекс lPGaSipJ," имеющий анергию оптической ионизации -0,55 эВ и сечение захвата электрона

на центр - ш cm2.

4. Форма спектральных полос ©Л СаР, с участием СХД, описы-веотся распределен^' м Гаусса или суперпозицией гауссоподобных составладих, что указывает на участие в их генерации глубоких центров и сильное электрон - фононноэ взаимодействие.

3. В формировании полосы ~1.7 аВ в n-GaP принимают участие два отличных по механизму канала излучательнов рекомбинации, ■ в которых энергия квантов раашчаотся на величину энергии активации

состояния акдаптора углерода. В первом случав каналом издуча-

+

тельноа рекомбинации авляется комплекс tPGaStpl - дырка в валентной зоне, во втором - дарка локализована на акцептор». С. .

4. Природа полосы ИК ФЛ ~1,15 эВ в p-GaP:Zn связана с

+

иалучательноа рекомбинацией на DA-парах ÍPGQZnGQ] - ZnGa, гдэ [PGaZnGaJ служит глубоким донором, a Zn^- мелким акцептором.

5. Полоса ~О,0 эВ в i-GeP трактуется нами как внутри-энтровш излучаталыша переход электрона. из возбуадгиного . в

основное нейтральное состояние антиструктурного фосфора, s прсизхожде1__ долосы ~1,0 эВ связывается о' гаслэдущг®!

о

излучательнш захватом на состогащз • РСя дарки. Пекомбигирукадя дарка з исходном состоянии мошт Сыть либр свободной (пэроуоц "донор-взкзнтная зона", либо связанно® на акцепторе (переход "донор - акцептор").

Апробация работы. Основные результаты работы докидывались на конференцииях:

- в международная конференция по росту кристаллов. Москва, 1980г;"

- 7 международная конференция но росту кристаллов, Москва, 1988г;

- li^it Int. Coní. on Ternary and Multinary Compounds. Chiainau, September 11-14, 1990.

- Int. Coní. on Appl. arid Theor. Electrotechn. ICAIE'91, Craiova, Romania, 1991.

- I конференция "Дефекты в полупроводниках", Ст-Петербург. 1992.

Публикации. По материалам диссертации опубликованио 18 печатных работ в международных и республиканских изданиях.

(Структура и обьем диссертации. Диссертационная г "5ота состоит го введения, 4-х глав, основных выводов и. заключения, списка использованной литературы. Содержит »26 страниц мзшииопис-ного текста, включая 26 рисунков и 4 таблицы нэ 28 страницах, 161 ссылку на литературные источники на 18 страницах. Полный обьем работа составляет 144 страница.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении кратко освещено сосгоянш изучаемой проблемы, излагается научная и практическая повисла работы, описывается ее содержзнш.

Глава первая. Собственныо точечные дефекты в СаР и их влил-нкэ наг процессы издучатальной рекомбинации (обсор литературы).

Рассматриваются литературные дзшше по рекомбинашюпному излучения с участием СТД э СвР. Рассмотрены освозага типы точечных дефектов в Се? а тэкяг их проявления в излучзтелыюй рексибинают. Рассмотрены проявления и основа® п, ..месеа -спутников в СаР - крэмвкя и кислорода. выяснена противоречивость данных разных авторов о роли разлита типов собственных точечных дефектов, например, часть авторов считают определнвдэй роль вакансий галлияг могуша заходиться в трех зарядовых состояниях:

-И -2

основное внимание уделяют антиструктурному фггефзру нг шяштссгяк вакансия - антиструятурныа фосфор»

Рассжотрвньг данные по излучательной рекомбинации мэя-примесных комплексов и комплексов примесь - СТД. Изложены основные теоретические представления о характеристиках люминесценции различных состоянии дефектов. На I новании из; стных теоретических и экспериментальных данных сделаны вывода о том, что, в основном, центры« включающие СТД, проявляются как глубокив уровни. Интенсивность лшинеецэнции, связанная с такими уровнями очень низка а полуширина гаусоподобвых полос велика <*100мэВ), что налагает определенные требования к экспериментальной установке. Сфс эмулированы задачи, решаемые в дассег ташонной работе.

Глава вторая. Методика измерения, обработки данных и аппаратура.

Рассмотрены требования к экспериментальная установке, вытекающие из свойств исследуемого материала: большая ширина запрещенной зоны фосфида галлия, глубокие уровни исследуемых дефектов, низкий квантовый выход люминесценции полос, связанных о комплексами, включающими СТД. Необходимость проведения измерений в широком диапазоне температур с долговременной стабилизацией в отдельных точках потребовало создания специальной конструкции криостата. Показан структурный состав автоматизированного измерительного комплекса (ДИК), используемого в работе. Реализованный АИК управляется посредством языка высокого уровня Паскаль или Бэясик, что позволяет легко переналаживать его для работы с различными периферийными приборами и делает, в принципе, независимым от -лги управляющего устройств? Комплекс собран с максимальным использованием выпускаемых промышленностью приборов, имеющих наилучшие характеристики. Это позволило проводить надежную регистрацию интенсивности и, что особенно важно, формы полос люминесценции, работая с сигналами ва уровне шумов охлаждаемого ФЭУ или германиевого фотодиода.

Описаны используемые в дальнейшем методики измерения аффекта Холла, емкостные С-и и Ш$ измерения. С целью определения доминирующего механизма рассеяния электронов и роли несовершенства ' решетки в рассеянии выполнялся численный анализ температурной зависимости подвижности.

Описана технологическая экспериментальная установка, позволяющая реализовать несколько вариантов эгосгаксиального процесса: электрожвдкостную эпитаксию (ЭШЭ) с ограниченным источником кристаллизации, ЭЮ с неограниченным источником кристаллизации за счет испарения источника фосфора, ШЭ с принудительным охлаждением по двухтемпературной схеме.

Глава третья. Влияние СТД решетки на люминесценцию п-СаР.

Рассматриваются вопросы управляемого воздействия на состав собственных дефектов полупроводника. ■ Расмотрена ФЛ ЭС п-ааР выращенных при различных уровнях противодавления фосфора и ФЛ лэгирпванных кремнием ЭО СаР.

Выяснилось, что сщэуктура спектров слабо зависит от температуры эпитаксиального процесса. Однако интенсивность люминесценции оказывается зависимой как от температуры згготаксии, так и от величины давления паров фосфора над расплавом. Для каждой температуры роста существует такая область давлений, и которой можно оптимизировать излучательные свойства пленок. В частности, для температуры роста 950 С область оптимальных давлений находится при ~0,24 атм, а для 80Q С - при -0,08 атм. Эти же интервалы давлений оптимальны, также, с точки зрения совершенства структуры и влияния фона неконтролируемых электрически активных дефектов. Учитывая эти результаты были выработаны рекомендации для технологического процесса изготовления светодиодных структур зеленого цвета свечения. Достигнутые на таких структурах значения силы света составляли -0,8 мкд при прямом токе 20 мА с хпах=55б нм. Детальный анализ температурной зависимости энергетического положения и интенсивности краевых полос люминесценции позволил сделать чывод, о наличии в образцах неконтролируемых примесей азота, кремния, серы и углерода, .и примеси проявляются в излучательнои рекомбинации GaP в видимой области спектра и могут участвовать в формировании комплексов с ОТД.

По луче нь, новые сведения о поведении амфотерпой примеси в полупроводниковом кристалле АИВ7. В связи с тем, что "замороженное" состояние раствора дефектов, фиксируемое при охлаждении кристалла, может и не совпадать с ситуацией, существующей в условиях высокотемпературного равновесия, были проведены эксперименты по росту ЭС Gap:Si с Контролируемым давлением пара над расплавом. Низким парциальным давлениям пара фосфора Р*1 соответствовали условия равновгпия, близга"* к параметрам стандартного ликвидуса в системе СаР с избытком Ga в растворе-расплаве, когда активность фосфора в жидкой фазе «1. Высоким значениям Рр отвечали такие равновесные ситуации, при которых активность фосфора ар~1, и в частности 0,995 (Рр= 6,6«10*Па, 1=1223 К) и 0,972 <Рр=105 Па). Процесс послэростового охлаждения с контролируемой скоростью Чохп (до 1073 К) начинался сразу после завершения эпитаксиальной кристаллизации и удаления расплава с пленки. По результатам измерений эффекта Холла был

проведен анализ различных статистических версия, который.показал, что удовлетворительную сходимость с экспериментом дает наиболее простая модель, учитывающая лишь основное состояние одного типа доноров. Расчет равновесного состава СаР показал, что в пленках, выращенных при низких значениях Р*, сверхстехиометрическиа избыток Са составляв; ~ (8-8)«101ест~3, а в пленках, получанньж при ма&сималышх Рр, эквивалентная концентрация избрточкого фосфора ~(2-5)-101вси~3. Исходя из этих оценок можно считать, что в разновосном растворе при температуре выращивания, содержание СТД и Б1 п СаР соизмеримы. Однако в образцах, подученных при максимальных Ш+Ка ~ (5-8)«1017ст~ 3, что, как правило,

существенно ниже приведенных оценок для концэнтраций СТД и а На/Щ = 10"1 - 10~3. В связи с этим мы предположили, что распад раствора СТД при охлаждении протекает инюнсивцее, чем >аспад растворов таких типичных примесей, как 51, 3 и другие. Шрвая я наиболее быстрая стадия распада этих растворов связана о образовавши из СТД и атомов нейтральных донорно-акцэгггорнш: комплексов типа 1СарБ1Са] я 1РСа31р1. Именно такое "звкорожвнноэ* постоягаю распада раствора дефектов и фикафуется в исследованных кленках пртл макокыальных Уохя. С увеличением продолжительности цикла поо&^".,~гозого охлаждения (икзкиэ качения из-за

высокой летучести фосфора, неизбежна частичная дазсоциация Сер. Генерируемые при этом на поверхности вакансии Чр диффундируют а обьш полупроводника и, взаимодействуя с нватралншгми днорно -акцэпторнымн кошхиэкс&та, приводят к юг диссоциации. Развал комплексов (Р^Б^З с участием вакансий Ур приводит к парораспределению атомов 81 между подрешетками о пользу образования донорвых состояния 51Са и р аннигиляции дефектов РСа. Предложенная модель распада раствора собственных и примесных ТД • полупроводника объясняет выявленные закономерности поведения электрических характеристик планок и находит независимое подтверждение в анализе свойств полосы ~1,7 эВ в люминесценции Со?.

При наличии в равновесном составе СаР избытка ба спектр ФЛ содержит коротковолновую составляющую в интервале "■<2,1-2,25)80. При наличии избытка Р в равновесном составе СаР коротковолновые линии исчезают, а основной становится полоса ~1,7 эВ. Ваша, что

при высоких Чохл возрастает абсолютная интенсивность указанной полосы, а отношение шгтенсивностея полос ~1,98 и ~1,7 эВ меняется в пользу последней. Как в образцах, выращенных с избытком Св, так и в образцах с избытком Р в равновесном составе (Voxn=1,2 К-с"1 ), форма спектра вполне удовлетворительно описывается распределением Гаусса, а положение его максимума практически не зависит от температуры и интенсивности возбуждения.

Снижение электрической активности Si в пленках, полученных при высоких скоростях охлаждения правомочно связать с формированием, в результате распада рартвора дэфеютв, нейтральпых донорно-акцепторных комплексов [PGaSipl.

Изучение спектров DUS пленок, для ФЛ которых характерно доминирование полосы .7 эВ. показало наличие в них глубокой донорной ловушки с концентрацией ~1018си~3 с энергией термической ионизации (0,35 ± 0,05) эВ. Поскольку, согласно литературным данным, зпергая оптической ионизации состояния составляет

~1,1 эВ (от дна зоны проводимости), то по аналогии с поведением комплекса Zn-0 в GaP, для энергии оптической ионизации комплекса типа [PGaSip] получаем ~0,55 эВ. С учетом значения ïg в СаР эта оценка обеспечивает возможность участия таких центров в генерации квантов с энергией ~1,7 эВ.

Показанный на рис.1 центр D связывается с наличием в GaP донорно-акцепторных комплексов типа (PCaSipI, а центра А- с присутствием акцепторных состояния углерода Ср. Модель позволяет саиосогласованпо объяснить известные закономерности поведения данной полосы люминесценции.

Глава четвертая. ИК люминесценция в полуиаолйрувдэм и дарочном фосфвдэ галлия, обусловленная PGft.

Проведены измерения ФЛ кристаллов GaP. 1- и р-типа проводимости, в которых уровень Ферми находится ниже, благодаря этому обстоятельству проявились другие зарядовые состояния, Которые были заполнены в n-тигю. Таким образом меняется не только зарядовое состояние определенного дефекта .но и его комшгк-оообразующиэ свойства. Одновременно с этим рассматривалась зависимость интенсивности ФЛ отожженного i-GaP от величины парциального давления фосфора, устанавливаемого в процессе отжига

над раствором-расплавом. Кроме этого изучалась • зависимость люминесцентных свойств кристаллов p-GaP:Zn от уровня легирования их фосфором, вводимого ионной имплантацией.

Спектр ФЛ образцов i-GaP:Fe локализован только в ИК области') <0,8 - 1,2)эВ. В кристаллах p-GaP:Zn спектр ФЛ простирается на весь исследованный спектральный интервал (0,8 - 2,3)эВ. Результаты анализов формы спектров ФЛ в ближней ИК области показывают, что их можно представить в виде суперпозиции двух Гауссовых полос дяя i-CaP:Fe и трех для p-GaP:Zn. Вариации давления фосфора, времени и температуры термического отжига кристаллов i-GaP:Fe не вызывают качественных изменении сшктра ФЛ образцов (спектрального положения, полуширины и отношения интенсивиостей полос). Однако рост величины равновесного парциального давления пара фосфора при фиксированных температуре и времени термического отжига, вызывает повышение интенсивности ФЛ в i-GaP. Наиболее сгльно такая зависимость проявляется в диапазоне <10~2 - 1,0)»105 Па, т.е. когда в равновесном составе GaP должен присутствовать сверхстехиометрический фосфор. Энергии активации температурного тушения полос 1^0,9 эВ и 12~1,0 эВ в 1-и p-GaP оказываются близкими и составляют (50 - 60)тэВ. В p-Ga?:Zn сусрствует и третья полоса 13~ 1,15 ой, температурная зависимость которой характеризуется энергией активации -10 шэВ.

При диффузии' Zn в i-GaP он переходит в р-тип с полосой ЙЯ, описываемой суперпозицией двух гауссоподобных составляющих I* и 13. Эти полосы, по спектральному полоевню и полуширине, близки к составляющим 12 и 13 в исходном ("as grown") p-GaP:Zn, хотя и смешены относительно последних на (30-50)иэВ в сторону больших энергий. Сложная структура спектра ФЛ в p-GaP:Zn а, следовательно, и правомочность разделения спектра на составляющие хорошо проявляется в перестройке его формы при температурных измерениях. Механизм генерации полос I, и 12 в i-GaP:Fe и GaP:Zn один и тот же т.к. во-первых, близки спектральные характеристики этих полос и их температурное поведение а во-вторых, данная часть полос ФЛ сохраняется при преобразовании l-GaP:Fe в р-СаР в результате диффузонного отжига в парах Zn. В И) на основе изучения оптически детектируемого магнитного резонанса

убедительно показано, что в состав рэкомбинационных центров, отвечающих за появление полосы 13 в спектрах ИК ФЛ р-СаР:2п, входегг антиструктурный фосфор РСа. Изолированному состоянию данного СТД в р-СаР соответствует дву1фатно заряженный центр Р(;а.

Таким образом весьма вероятна и комплексная форма существования РСа, в частности, в ввде доноряоподрбпото донорпо -акцепторного (БА) комплекса, образуемого по реакции

?Са + 2пСа [РсАг/ На рис.2 отражен механизм излучательноа генерации на ЙА парах, где [Р^гп^] слухдат глубоким донором, а - мелким

акцептором. Полоса 11трактуется здесь как внутрицентровыя излучательный переход электрона из возбужденного в основное нейтральное состояние антиструктурного фосфора:

♦ • о

<рСа+в~> РОа ' •

А

у\|

V

со о г-

-нг ) °

о

Г)

Ы '«I

О" "V

{» 0,9эВ О' -г-1-тРс', т

13^,-1,0,0 ЧГ

1,1 И)

Ь/)//;/// V

Рис.1 Конфигурационно-координатная модель центров, ответственных за генерацию полосы -1,7 эв в п-СаР.

Рис. 2 Схема электронных состояний, ответственных эа генерацию полос ФЛ ,1г ,1., в 1-СаР:Ге и р-СаР:2п.

Происхождение полосы 12связывается с последующим захватом на состояние РСа дырки, т.е.

о „ 1и> <рСа + Р > -> рСа

Из предлагаемой модели следует', что с процессом генерации полосы 11, конкурирует процесс „"термического распада" возбужденного нейтрального состояния <РСа+ е~)энергия активации которого, по нашим оценкам-, (50-60)л!эВ,. а. генерация полосы 12 прямым образом зависит от реализации рекомбинационных поцессов, « приводящих к появлению полосы ^ В связ» с этим, находят свое объяснение следующие экспериментальные факты: одщомоментность появления данных полос ФЛ* близость температурного поведения их интенсивностей п синхронное; возрастание их интенсивности при увеличении- содержания) свгрхстехиометрического фосфора, в. состава1 полупроводника.,

а А К; Л Ю; Ч Е- Н- И' Е'

•

V.. В1, рабо-да проведены) измерения люминесценции; на цвяош ряда образцов) фосфида, галлия п-» 1- и р-типов проводимост*. Изучались, как легированные, так и специально нелегированные обравц» эгаегаксиэльных слоев СаР, в которых состав СТД сформирован пол влиянием регулируемого противодавления элемента В7 во время роста' кристалла.. Исследована фотолюминесценция ЭС СаР, в которых отклонение от равновесия на границе раздела фаз, во время роста,, "заморожено" или нарушено путем управления скоростью после-ростового охлаждения. Наряду с "равновесными" способами воздействия ва СТД использован и "нерановесныа" способ, такой как имплантация ионов фосфора в СаР.

2. Большая часть экспериментальных результатов по фотолюминесценции получена благодаря созданной компьютеризированной установке, позволяющей проводить измерения ФЛ в широком диапазоне температур в видимой и ближней № областях длин волн, полос ФЛ, имеодих низкий квантовый выход. Люминесцентные измерения дополнены комплексом других электрофизических исследований в

частности, измерениями С-и характеристик, БИЭ - измерениями и измерениями эффекта Холла. Вывода, сделанные в работе основаны на непротиворечивых данных, полученных различными методами в процессе измерении и известных литературных данных других авторов.

3. В спектрах ФЛ специально нелегированных пленок фосфида галлия, обогащенных кремнием, проявляются полосы излучения, в формировании которых участвуют глубокие ловушки, а рекомбинация через них протекает с сильным электрон - фононным взаимодействием. Наличие таких полос приводит к перераспределению интенсивности люминесценции полупроводника между "красной" - 1,7 зВ, "оранжевой" - 1,96 эВ и "зеленой" - (2,1 - 2,3) эВ компонентами спектра излучения в зависимости от температурных режимов роста ЭС и величины противодавления фосфор?. Найденные оптимальные значения противодавления фосфора были положены в основу рекомендаций для технологического процесса изготовления светодиодных структур зеленого цвета - свечения. На таких структурах достигнуты значения силы света -0,8 мкд при прямом Токе 20 ма с х =Ь56 нм.

шах

4. Проведенные модельные эксперименты по росту ЭС с различными режимами послэростового охлаждения позволили нам исследовать совместный распад растворов СТД и фоновых примесей при охлаждении кристалла. Для эпитаксиальпых планок п-СаР:31 предложены схемы распада .раствора СТД и при охлаждении кристалла для случая наличия сверхстехиометрического избытка галлия и для случая сверхстехиометрического избытка фосфора в исходном равновесном составе СаР.

В п-СаР, детальными исследованиями полосы ФЛ -1,7 эВ, установлено, что ее форма удовлетворительно описывается распределением Гаусса, а положение максимума практически не зависит от температуры и интенсивности возбуждения. В образцах, в которых

интенсивность ФЛ полосы ~1,7 эВ максимальна, измерениями ВИЗ

♦ -

выявлен уровень, приписанный комплесу [РСвБ1р]. С учетом данных,

полученных из измерений спектров БИй, для энергии оптической

♦ -

ионизации комплекса типа [РСаБ1р] получено значение -0,55 эВ. Найдена оценка сечения захвата элеотрона на данный центр равная

",7 2 • •

~ 10 см . Принимая во внимание значение в СаР, эти о^ лш

♦ —

обеспечивают возмоотость участия комплексов ЕРСа31р) в генерации квантов с энергией ~1,7 эВ. В формировании полосы ~1»7 эВ при-^ нимают участие два отличных по механизму канала ¡пзлучательной рекомбинации, в которых энергия квантов различается на величину энергии активации состояния акцептора углерода.

5. Форма спектральных полос ИХ ФЛ в 1-СаР:Ге и р-СаР:2п также вполне удовлетворительно описывается суперпозицией гауссоподобшгх составляющих, что указывает па участив в них глубоких цзнтров.

Близость спектральных характеристик этих полос, их ,* температурное поведение, а также сохранение полос ФЛ при преобразовании 1-СаР:Ге в р-СаР в результате диффузионного отжига в парах т, указывает на то, что механодд генерации полос -0,9 эВ и ~1 эВ один и тот »-а. Полоса -0,9 зВ трактуется nar.it как внутрицентровыя излучате.^ный горехсд электрона из возбувдэнного в основное нейтральное состоять антиструктурного фосфора.

в. Происхождение полосы ~1,0 эВ связывается с последующим

о

излучательным захватом на состояние Р^а дырки. Рекоибинируицая дырка в исл-^дом состоянии моэжгт быть .габо свободной (переход "донор - валентная зона"), либо связанной на акцеп ре (тореход "донор - акцептор").

Полоса -1,15 эВ в р-СаР 'Лп возникает благодаря учас.о» комплекса [РСагпСа1 в реализации кглучательных электронных переходов как типа "донор - взлентная зона", так и типа "донор - акцептор". , .

Для случая донорно - акцепторной рекомбинации парами являются ♦ — *

1Рс.а2пСа1 - 2пСа, где 1РСа2пСа) служит глубоким донором, а Яп^-мелким акцептором. Отметим, что предложенная модель предполагает, возмущоние тетраэдрической симметрии для РСа, участвующего в формировании соответствующих центров излучатольной рекомбинации, что согласуется с данными по ОДМР, приведенными в М1.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах: 1. Электрожидаостная эпитаксия СаР при контролируемом давлении

пара фосфора пад расплавом. /Барчук А.Н., Иващвпко Л.И., Гарченко В.П. и др.//0-я можд.конф. по росту кристаллов. - Расш.тезисы.

- T.3. - М. - 1980. - с.22-25.

2. О природа полосы -1,7 эв в люминесценции п-СаР./Барчук А.Н., Иващэнко Л.И., Тарченко В.П. И др. // ФТП. - 1887. - т.21. -N7,

- с. 1308-1310.

3. Иваненко А.И., Тарченко В.П. Автоматизированный измерительный комплекс для исследования спектров фотолюминесценции //Дэп. МолдШЗШИ, 14.02.80. - III039-М.

Изучение особенностей легирования фосфщр гчгдая в метода эдэктрожидкостпоа эютаксвд. /Барчук А.Н,, Лвашзнко А.И,, Тарченко В.П. и др.//IV Всес. копф. tíó фазйКо-химическиМ ослопам Л)ГироЕ2Ш!Я полупроводниковых материалов, -Тезисы докладов. - м.

- 1S79» - 0.143.

5. О взаимодействии Пржэси о равновесным ансамблем собственных точечных дефектов в кристаллах СаР и СвАз.. /Барчук А.Н.» Ивайзенко А.И., Куэшеа» Г.О»Дарчеши В.П. //Ила. АН СССР.-Неорганические Ьатеряал!. - Т.ЗЗ. - №. - 1987. - с. 1237-1240. в. Барчук А.Н., Кааздвко A.M., Тарченко В.П. и др./ Нэка-горя Ьсобенностй неравновесного поведения раствора ¿i в GaP. //ЭлвктрОййая техника. - сер.6. - материалы. - вып.4. - 1087.

- ДэП.Нг.Р-4875.'

ti А.И.Иеэдэнко, В.П.Тарчопко. Простой криостат дяя исследова-ЕМя полупровпдаиков о системой терморегулирования. //Сб. АН Республики Молдова. -Материалы и приборы электронной техники. -1887. 3. Некоторые особенности совместного распада растворов амфотерной Примеси и СТД в кристаллическом фосфида галлия. /Барчук А.Н., Иващэнко А.Й., Тарченко В.П. и др. //VII Конф. по росту Кристаллов. - Расшир. тезисы. - т.2. - май - 1988. - М. -0,283-284.

9. А.И.Иващэнко, В.П.Тарченко. ИК люминесценция а полуизо-Лируюшрн и дырочном фосфиде галлия. //ФТП. - 1990. -N8. -с.1001.

10. А.И.Иващенко, В.П.Тарченко. О природа центров ИК люминесценции в полуизолируюювм и дырочном СаР. //Изв. АН Республики Молцова. - 1991. - с.11-16.

11. А.И.Иващэнко, Ф.Я.Копанская, В.П.Тарченко. Гнсчет

нестехиометрии тройных твердых растворов Св1.хА1хАа и GaAl, .SPX-//«урн. Физ. Химии. - 1991. - т.бв. - N 1. - с.281-283.

12. Эгоггаксиальное выращивание эффективных СеР светодиодных структур чисто зеленного свечения. /Барчук А.Н. .Ивавдэнко А.И. В.П.Тарченко и др. // БИНИ1И, - Депонир. научные работы, - N 2,

- 1989 г. - с.9.

13. Электрофизические свойства и спектр ШЛ5 диодов Шоттки на основе ионно - легированного фосфором п-СаР /Барчук А.Н., Ивашрнко Л.И., Тарчепко В.П. и др. //Деп.МолцНИИНГИ. - N1216

- М91. - 1991.

14. A.I.Ivashchenko, r.Ya.Kopanskaya, A.I.Solomonov, V.P.Tar- , cenko. Some Problems on DIIS method caused by nonexponentlal relaxation of barrier capacitance. //Proc. Int. Conf. on Appl. and Theor. Ilectrotechn. ICAII'91. -Craiova. - Ronan'a. - 1991.-p.A6.

15. Рост эффективной высоты потенциального барьера в контакте Аи /(100) п-СаР при ионном легировании полупроводника фосфором. /Иваданко А.И..Копанская Ф.Я.. Тарченко В.П. и др. //Поверхность.

- Физика, химия, механика. - 1991. - т.12.

16. Электронные ловушки, наведанные в п-СаР ионным легированием фосфором./А.И.Иващэнко, Ф.Я.Копанская, В.П.Тарченко и др.//ФТП. -1991. - Т.25. - N9. - 0.1658-1681.

17. Некоторые проблемы метода DIIS, обусловленные назкспо-ненциальвость» релаксации барьерной емкости. /Иващенко Л.й., Копанская Ф.Я., В.П.Тарченко и др.//I национальная конференция "Дефекты в полупроводниках". - Тезисы. - Ст-Пб. - 1992 г. - с.39.

18. Some Complications of the DIIS Technique Caused by Nonexppr^ nential Relaxation of Barrier Capacitance Semiconductor. /Ivash-chenko A.I., Kopanskaya T.Ya.. Tarcenko V.P. et al. //Senicond. Science and Technology. - 1993. - v.8. - N4. - p.590-598.

Цитируемая литература

1. Optical and ODMH investigation of antlsite defects In GaP. /Meyer B.K., Hangleiter Th., Sparth G.M. et al.//J.Phys.C: Sol. St.Phys. - 1985. - V.118. - p.1503-1512.

A DHOT A R 2

In lucrare s-a studiat fotolumine^centa peliculelor epitaxi-ale a fo3furii da galiu cu conductibilitate n-, i- gi p-tip. Cea mai mare parte a rezuLtatelor experimental a fost obtinutfi datorita asambl&rii unei instalatii compiuterizate, ce pennite inre-glstrarea unor semnale cu intensitate mica intr-un dlapazon larg al ternperatiirllor gi lungiiailor de unda vizibile gi Infrarogil.

In n-€a? 3-a studiat banrta luiainiscentft 1,7 eV la generarea cfirei partioipS ecmplexul CPGaSip] cu energia ioniziirii optica ~0,55 e7 gi secilunea de captare a electronului de -10"17cm2.

In i-GaP s-au evidentiat banda ~0,9 a'/, determinate de tran-zactia iradiantfi a electronului din 3tarea excitata in cea neut-trfi a fosforului ruti3truetural yi banda -0,9 oeV, doterrainata de captarea ulterionrft a holului pe nlvelul PGq. in p-GaP s-a evidentiat bauda ~1,15 eV, ce apare daiorita participfiril corn-plexului [PGaZnGa] in realizarea tranzac$iilor ircdiante de tip "donor-taada valont&" gi "donor-acceptor".

ABSTRACT

The photoluiainescence of gallium phosphide epitaxial layers with n-, i- and p-typ of conductivity wa3 studied. The main part of experimental. results i3 obtained due the developed computerised installation, enabling to carry out -measurements of weak intensity luminescence in a wide temperatures range in visible and near IR spectral range. ' .

t The luminescence bend of -1,7 eV generated in n-GaP with a participation of [PGaSip] complex, possessing optical ionization energy -0,55 eV and electron capture cros3-3ectlon ~10"l7ca2 ia studied. The'luminescence of -0.9 eV treated as tha intercsnter electron transition from excited to main neutral state of antisite phosphorous and the band of ~1,0 eV attributed to the consequent radiative recombination of free hole at PGa are revealed in i-GaP. The luminescence band of -1,15 eV arising in p-GaP duo to radiative transition of the type "donor-valence zone " and "donor-acceptor" with a participation of (P^Zr^! complex is revealed too.

UniveraItatea TehnicS a Iloldovei. Editura "Oerfeea UniversitarS"