Спектрально-временные характеристики оптических процессов в области контакта полупроводник-электролит кристаллов CdS при низких температурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

па од

1 о

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 535.343.2; 538.971; 538.958

ГРИГОРЬЕВ Сергей Роианович

СПЕКТРАЛЬНО - ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ОБЛАСТИ КОНТАКТА ПОЛУПРОВОДНИК-ЭЛЕКТРОЛИТ КРИСТАЛЛОВ СсЗБ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-иатеиатических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1993

Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Новиков Борис Владимирович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, гл.н.с.,

РазОирин Борис Сильвестрович. доктор физико-математических наук, вед.н.с.,

на заседании Специализированного совета Д 063.57.32 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургской государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная 7/9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

ПржевусскиЯ Александр Кириллович.

Ведущая организация - Балтийский технический университет

Защита состоится

« 1993 г.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета, доктор физико-математических наук, профессор

/Соловьев В.А./

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Влияние поверхности на оптические и электрические свойства полупроводниковых кристаллов представляет собой важную проблему, ишщую фундаментальный характер для многих направлений современной микроэлектроники. Работоспособность полупроводниковых лазеров, МДП-структур, фотоприешгаков к многих других полупроводниковых приборов непосредственно связана с качеством поверхности и состоянием приповерхностной области кристаллов. Процессы локализации экситонов и носителей и оптические проявления таких процессов визнвают в последнее время большой интерес в связи с развитием квантовой и оптоэлоктроники. широко использующих полупроводниковые материалы типа СсЕ^^е и 51:Н, на свойства которых оказывают влияние такие процессы. В то ко время, до сих пор проблема приповерхностной локализации экситонов и носителей ' остается недостаточно проработанной. Совокупность теоретических представлений и экспериментальных данных, имеющихся в настоящее время, отражая сложность протекания поверхностных явлений, не позволяет во многих случаях построить их законченную модель. Поиски путей и методов управления свойствами приповерхностной области кристалла и исследования оптических явления, обусловленных характеристиками приповерхностной области продолжают оставаться весьма актуальными. Встроенное электрическое поле, возникающее в приграничной области благодаря контакту поверхности кристалла с электролитом, существенным образом влияет на свойства полупроводниковых приборов. Роль флуктуация такого поля в формировании оптических свойств приграничной области нуждается в дальнейших исследованиях. Исследование изменения оптических свойств кристаллов, возникающих из-за внесения в приповерхностную область механических напряжений такае представляет большой интерес для технолог™ изготовления полупроводниковых приборов.

Цели и задачи работы.

- выяснение природы низкотемпературной фотолюминесценции (ФЛ), спектр которой примыкает со стороны длинных волн к линиям связанных экситонов, и роли локализации экситонов и носителей в этих явлениях.

- исследование воздействия контакта с затвердевшим электролитом

на оптические свойства кристаллов С<ЗЭ;

- разработка новых иетодов контролируемого внешнего воздействия на поверхность и приповерхностную область реальных кристаллов;

- выявление связи обусловленных внешними воздействиями трансформаций низкотэыпзратурных спектров ФЛ о изменениями состояния и структуры приповерхностной области;

- комплексное исследование спектральных, температурных и кинетических характеристик ФЛ, возникающей в приповерхностной области кристаллов (Ж благодаря контакту с электролитом;

- обнаружение и анализ оптических проявлений флуктуационной составляющей внутрикристаллического поля и получение на этой основе данных о механизма флуктуационной люминесценции.

Научная новизна полученных результатов:

1. Развита методика, основанная на высокой чувствительности оптических свойств кристаллов СйЗ к воздействию контакта с затвердевшим электролитом. Впервые установлено, что воздействие электролита на оптические свойства приповерхностной области, приводящее к появлению новой полосы низкотемпературной ФЛ в области 490-500 нм (1£,-полоса), не связано с его конкретны« химическим составом и слабо зависит от биографических особенностей образца.

2. Разработаны новые методы формирования приповерхностной области кристаллов, базирующиеся на воздействии на состав, функции, концентрацию и распределение дефектных структур в приповерхностной области через посредство контакта с электролитом различной химической природы и физико-химических свойств.

3. Впервые проведены комплексные систематические исследования спектрально-временных характеристик низкотемпературной приповерхностной ФЛ, которая обусловлена флуктуационной составляющей электрического поля, возникающего благодаря наличию гетерограшцы Сс13 - электролит (ЫОН, НаОН, КОН, НШ3), жидкое стекло и Б10£.

4. Показано, что флуктуации потенциала в приповерхностной области приводят к локализации экситонов и носителей, участвующих в процессе излучения. Предложена модель флуктуационной ФЛ, связывающая излучение в 1^-полосе с процессами туннельной излучательной рекомбинации локализованных носителей.

Основные положения, выносимые на защиту

1. состояние поверхности и приповерхностной области кристаллов CdS иожзт быть исследовано с помощью методики, основанной на высокой чувствительности оптических свойств кристаллов к воздействию контакта с затвердевшим электролитом.

2. Контакт кристалла с электролитом создает в приповерхностной области кристаллов CdS неоднородное электрическое поле, имеющее флуктуационную составляющую, независимо от химической природы покрытия. Универсальный характер изменений в приповерхностной области кристалла в результате контакта с электролитом подтверждает специфику возникающего поля как поля случайным образом распределенных в области контакта электрических зарядоз.

3. Спектрально-временные характеристики ФЛ позволяют сделать вывод о туннельном механизме фл в полосе.

4. В основу моделей ФЛ в ISj-полосе могут быть положены процессы локализации на флуктуациях потенциала в приповерхностной области, приводящие к локализации носитолей и окситонов.

5. Контакт кристалла с затвердевшим электролитом может вносить в приповерхностную область кристаллов CdS неоднородную пластическую деформацию, что проявляется как возгорание группы линий в области 505-510 ны (iS^-полоса).

Практическая ценность работы

1. Предложена методика направленного и контролируемого изменения свойств приповерхностной области. Данные, полученные г ходе исследования влияния электролитов различного состава, находящихся в контакта с поверхностью кристалла, на оптические характеристики приповерхностной области кристалла могут быть использованы для фэрцированик технически важных параметров кристаллов CdS и его аналогов, на основе которых создаются твзрдотельнне лазера, фоторезисторы и другие приборы микроэлектроники.

2. Проведенные исследования расширяют тлеющиеся представления о возможностях перестройки структурных несовершенств реальных кристаллов и способов управления оптическими свойствами приповерхностной области.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзном совещании "Экситоны в полупроводниках -83", Вильнюс, 1988г., XX Всесоюзном съезда по спектроскопии.

Киэв, 1888г., XXII Всесоюзной конференции по физике полупроводников, Киев, 19Э0г., а также на семинарах кафедры физики твердого тела СПОГУ и отдела оптики твердого тела ФТИ им. Иоффе.

Публикации. Материалы диссертационной работы представлены в девяти публикациях.

Структура и обгем диссертации. Диссертация включает в себя введение, 4 главы и заключение, изложенные на 133 стр. машинописного текста, список литературы из 95 наименований, 35 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, раскрыты цели исследования влияния состояния приповерхностной области на оптические свойства полупроводника, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе обзорного характера изложены общие сведения о зонной структуре, свободных, свя^шых и локализованных экситонах в полупроводниках (в частности СйБ, СсК^^е^), о влиянии поверхности кристалла на поведение экситонов в прямозонных кристаллах, где оптическое возбуждение происходит в тонком приповерхностном слое. С учетом факторов, определяющих состояние поверхности и приповерхностной области, рассмотрены особенности взаимодействия экситонов о микро- и ыакроиеоднородностями, присущими реальным кристаллам. Обсуждаются явления распада и локализации экситонов, обусловленные нерегулярностью электрического поля в объеме кристалла и приповерхностной области. Значительная часть главы отведена анализу работ, посвященных теоретическому рассмотрению процессов локализации носителей в полупроводниках, имеющих разупоря-дочивание реиетки. таких, как смешанные и сильнолагированные кристаллы, а также аморфным полупроводникам. В итоговой части главы обоснована необходимость конкретизации теоретических моделей явлений Ш в приповерхностной области.

Во второй главе обсуждаются методические и технические аспекты изучения оптических свойств . приповерхностной области. Описана автоматизированная установка , использованная для исследования спектров ФЛ, спектров возбуждения СМ, спектрально-временных и температурных измерений, обеспечивающая комплексное проведение

эксперимента и позволяющая в одном цикле измерений получить информации о спектрах ФЛ, спектрах возбуждения ФЛ и их температурных зависимостях, исследовать при импульсном возбуждении ^-лазером кривые послесвечения и спектры ФЛ с задержкой. Такой комплексный подход позволяет исключить процессы старения образцов и получить качественный экспериментальный материал. Для получения кривой послесвечения использовался изготовленный специально для этой цели одноканялышй логический анализатор, позволяющий с заданной тактовой частотой (30 МГц - 3 кГц) запоминать все одно-фотонные импульсы ФЭУ, пришедшие после возбуждающего сввтоеого импульса, что обеспечивало высокую чувствительность. После накопления сигнала получалась кривая зависимости количества прищедаих импульсов от времени.

В третьей главе описаны результаты исследований ФЛ обработанных кристаллов СсЕ при непрерывном возбуждении сватом п зависимости от интенсивности и длины волны, при температурах 4.2-55 К, а также результаты исследований при импульсном возбуждении спектральных характеристик послесвечения в области ^-полосы в широком интервале времен и интенсивностей возбуждения.

Спектры ФЛ кристаллов, находящихся в контакте с затвердевшим (замороженный) на их поверхности электролитом, обнаруживают свечение с максимумом в районе 490-500 нн (£?(-полоса) в области, расположенной ыевду линиями ЭПК и краевой зелеьой люминеиесценци-ей, отсутствующее в спектре ФЛ необработанного кристалла (рисЛ). На форму и положение максимума £5(-полосы оказывают влияние особенности контакта кристалл-покрытие, связанные с различныа составом электролита и технологией обработки. В случае контакта кристалла с затвердевшим жидким стеклом в приповерхностной области кристалла возникают сильные механические напряжения, что сопровождается значительным коротковолновым сдвигом экситонных линий и возникновением дополнительной полосы свечения в спектральной области 505-512 нм (Х53-полоса).

К^-полоса наблюдается в поляризациях Е1Сб и Е|Сб, преимущественно поляризована в плоскости ЕхСб. В пределах -полосы степень поляризации монотонно уменьшается от 9056 в коротковолновой части до 20% в длинноволновой. Исследования экситонного отражения показали увеличение встроенного в результате контакта с электро-

Рис.1. Спектры ФЛ кристаллов С(К в области -полосы: покрытых слоен жидкого стекла (I), обработанных НаОН (2), покрытых БЮ,, (3) и до обработки (4) при 4.2 1С.

Рис.2. Спектры ФЛ обработанных НаОН кристаллов Сей, нри враивнах задержки: 1-0, 2-30, 3-100. 4-300 не. 6-1, 6-3, 7-10, 8-30, 9-100, 10-300 икс. 11-1, 12-3 ыс (Т=4.2 К). На вставке: смещение максимума полосы 131 от времени задержки.

литом электрического поля в приповерхностной области, коррелирующее с возгораниеи ФЛ в 15(-полосе. При высокой плотности возбуждения 15,-полоса образует длинноволновое крыло линий ЭПК, а с уменьшение« плотности возбуждения максимум Ь^-полосы смещается в длинноволновую область и одновременно происходит увеличение полуширины полосы. Такое поведение свидетельствует о насыщении в порвую очередь тех каналов излучателыюй рекомбинации, которче обусловлены более глубокими энергетическими состояниями.

Проведены исследования спектров ФЛ в температурном интервале от 4.2 К до 50 К при стационарном возбуждении. При повышении температуры максимум ^-полосы сиощаатся в длинноволновую сторону. При этом интенсивность 15(-полосы падает. Определенный нами коэффициент температурного сдвига для этой полосы (6-КГ4 эВ/К) существенно выше, чем, например, для ЭГПС Т.г (9-Ю"5 зВ/К). В коротковолновой части спектра в области линий ЭПК при повышении температуры происходит перераспределение штенсщзкостей линии ЭПК 1г и линии Л^-экситона. При температуре выше 40К в спектре становится доминирующей линия Л^-экситона и ее фононные повто-. рения, наблюдаемые на фоне К(-полосы. При температурах выше 50К Ь3(-полоса в поляризации Е106 меняет свой форму и представляет собой длинноволновое крало Л^^экситона, а в наблюдается на фоне фононных повторений Л^-экситона. При 55 К Ь^-полосе не наблюдается. Исследования зависимости интенсивности ФЛ от температуры показали, что <5Л на каждой длине волны в области 15}-полоси связана с совокупностью элементарных каналов излучения с различной энергетической глубиной звлегачия.

Спектры возбуждения ФЛ 15,-полосы обнаруживают четкие максимумы, соответствующие А , _ и В , _ экситонным состояниям и сту-

№1 1 п

пени на длинах волн, соответствующих и Характерной особенностью спектров . возбуждения К (-полосы является возникновение длинноволновых "хвостов" в спектрах возбуждения длинноволновых участков полосы и уменьшение их наклона с ростом температуры.

Исследования ФЛ при селективном возбуждении показывают, что при возбуждении светом с энергией вдали от экситонного резонанса на фона очень слабой и широкой йЗ,-полосы наблюдается лишь линия >-возб-?1Д, соответствующая КРО при участии двух оптических фононов. По мера приблигения к экситоннону резонансу происходит

увеличение интенсивюсти ХЭ,-полосы и сдвиг ее максимума в коротковолновую сторону. При дальнейшем продвижении в высокоэнергетическую сторону происходит ослабление 15 (-полосы и смещение ее максимума в длинноволновую сторону, а также возникает длинноволновый хвост фононных повторений от протяженность которого увеличивается при уменьшении ^возб. Длшшоволновый край этого хвоста сохраняет неизменным свое спектральное положение, соответствующее А^^пЮ. При достижении резонанса Лп=г в спектре возникает /£0-повторение от Ап=г- При возбуждении светом с энергией вблизи дна зоны интенсивность 1.9 (-полосы вновь начинает увеличиваться а фононных повторений - уменьшаться и максимум К,-полосы снова начинает смещаться в коротковолновую сторону. При возбуждении глубоко из зоны в спектре ФЛ наблюдается гладкий максимум, соответствующий 15,-полосе. Аномальное смещение максимума при возбуждении светом в интервале Лп=1 к Вп_1 объясняется уменьшением плотности возбуждения из-за уменьшения коэффициента поглощения кристалла в этой области спектра.

Спектрально-временные исследования показали, что с увеличением времени задержки после прекращения возбуждающего светового импульса максимум К;-полосы смещается в область длинах волн т.е. имеет место т-эависимость. Спектры послесвечения в интервале 490515 ни при временах задержки от 30 на до 3 не (рис.2) показывают, что при времени задержки т=0 К>(-полоса представляет собой протяженное длинноволновое крыло ЭПК. С увеличением времени задержи у К (-полоси появляется максимум, который смещается (вставка на рис.2) в длинноволновую сторону от 493 до 500 нм. Это смещение наблюдается в интервале 3'Х0"8-3-10"4сек и прекращается для времен задержки 3-10"4-3'10"3 сек. На спектральной кривой для времен больших 3 мс, кроме основного максимума, наблюдается слабый дополнительный, смещенный от него на величину оптического фонона. Таким образом, фононы вносят вклад в формирование длинноволновой части ¿^-полосы и ее "бесфононная" ширина значительно меньше ширины всего контура. Обнаружено, что после распада послесвечения ЭПК наблюдается свечение и в области спектра расположенной корот-коволновее Л^^-экситона и представляющее собой коротковолновое крыло К,-полоса. Таким образом, обнаружено, что 15г-полоса простирается и коротковолновое ЭПК, т.е. длина волны излучения

Лп.,-экситона и ЭПК не является границей для ^-полосы. Исследование временного спада послесвечения показало, что он характеризуется неэкспоненциальным ходом, в котором можно условно выделить быстрые (КЗО не) и медленные (т>30 не) компоненты. Соотноошение их вклада в ФЛ зависит как от интенсивности возбуждения, так и от анализируемого участка спектра. Кривые зависимости интенсивности послесвечения от интенсивности возбуждения при различных временах задержки обнаруживают нелинейность зависимости интенсивности люминесценции от интенсивности возбуждающего света, причем насыщение состояний с большими времена)«! жизни наступает при меньшей интенсивности возбуждения. Также вазно отметить, что для состояний с временами хизни меньше 30 не насыщения не достигалось. Именно такое поведение послесвечения позволяет корректно говорить о двух компонентах с. быстрыми и медленными .наборами времен. • Благодаря контакту кристалла с электролитом возможно изменение концентрации дефектов в приловерхноотной области кристалла из-за преимущественного удаления серы или кадмия из зоны контакта, о чем может свидетельствовать, изменение относительной интенсивности линий ЭПК после обработки. Кроме этого, возможны процессы диффузии ионов электролита в приповерхностную область кристалла, чем могут объясняться различия формы спектров ФЛ образцов, обработанных различными щелочами. Наличие дополнительного изгиба зон за счет контакта с электролитом подтверждается нашими экспериментами. Кроме изменения приповерхностного изгиба зон, на поверхности и в приповерхностной области кристалла ионы электролита и продукты реакции при затвердевании могут сформировать случайным образом распределенный встроенный заряд. Это приводит к появлению флуктуации поверхностного электрического поля и формированию хаотически расположенных приповерхностных потенциальных ям для электронов и дырок. Таким образом, возникнет хаотический флуктуацион-ныЯ потенциал, подобно тону, как это имеет мэсто в смеошпшх кристаллах или аморфных полупроводниках с той разницей, что случайное поле в них распределено по всему объему, а в нашем случае только на поверхности и в приповерхностной области кристалла.

С этой точки зрения -полоса ФЛ может возникать в результате туннельной излучателькой рекомбинации электронов и дырок, которые локализованы в пространственно разделенных потенциальных ямах.

образованных флуктуациями потенциала в приповерхностной области кристалла благодаря наличию на поверхности слоя 'затвердевшего электролита. При этом благодаря тону, что флуктуационные ямы расположены на различном расстоянии друг от друга, излучательная рекомбинация электронов и дырок, находящихся в ямах дазе одинаковой энергетической глубины, будет происходить на различных длинах волн из-за различного расстояния иеаду рекомбинирущими частицами. Наряду с этим, длинноволновое крыло в спектре послесвечения и в спектре ФЛ при больших плотностях накачки моает быть приписано состояниям, в которых локализована дырка, а электрон находится выше порога подвижности, т.е. состояниям подобным локализованным экситонам в смешанных кристаллах (Ж^^Бе^.

С точки зрения предложенной модели возможно объяснить наблюдаемые особенности ФЛ 15(-полосы:

- флуктуациониое поле не связано с направлением кристаллической оси, поэтому степень поляризации излучения монотонно спадает с увеличением глубины потенциальных ям, соответственно, увеличению длины волны в спектре ФЛ;

- с увеличением плотности возбуждения происходит засоление все более высоких энергетических ' состояний и насыщение состояний, лежвцих ниже по энергии, поэтому максимум спектра ФЛ смещается в коротковолновую сторону, и полоса приобретает форму длинноволнового крыла ЭПК;

- с увеличением температуры происходит термический выброс носителей, прежде всего с мелких энергетических состояний, что проявляется как быстрый сдвиг максимума ^-полосы в длинноволновую сторону с температурой. Зависимость интенсивности ФЛ в -полосе от температуры подтверждает такхе то, что на одной длине волны излучают каналы рекомбинации с различной энергетической глубиной залегания рэкоыбинирухщих уровней;

- для глубоких ян наблюдается длинноволновый "хвост" края поглощения в спектре возбуждения <ьл.

- спектры ФЛ при селективном возбуждении, спектры возбуждения ФЛ, а такхв тот факт, что Х^-полоса исчезает в при смывании следов электролита доказывают, что излучение исходит из области кристалла, непосредственно приинкащай к поверхности;

- для излучения, связаного с излучательной рекомбинацией прост-

раиственно разделенных пар носителей кинетика затухания послесвечения шеет широкий набор времен от наносекунд до миллисекунд; - возможна ситуация при которой происходит рекомбинация электрона, расположенного вблизи границы подвижности, и дырки, локализованной глубокой потенциальной ямой. Такие состояния подобны локализованным экситонам в CdS^^Se^, и именно эти состояния образуют длинноволновое крыло в спектре послесвечения при малых временах задержки.

В четвертой главе описаны результаты исследования ФЛ Ь^-полосы обработанных кристаллов COS при непрерывном возбуждении светом различной интенсивности и длина волна в зависимости от температуры и при импульсном возбуждении светом различной интенсивности.

Обнаружено, что при нанесении на поверхность образцов жидких стекол и при приклеивании образца аидким стеклом различного состава к стеклянной или кварцевой подложке, появляется груша линий в спектральной области 505-510 нм (LS^-полоса), имеющая компоненты: 506.6-507 нм (d,, йг), 507.9-508.3 нм (c¡3) и 509.1-509.3 нм (<34). Согласно литературным данным излучение в этих линиях связано с дислокациями, возникающих при пластической деформации. Следует отметить, что полоса IS, в атом случае имеет меньшую интенсивность и другую форму, чем в случае, когда 133-полоса на возникает. Также наблюдается уширзние линии ЭПК 12,и имеет место коротковолновый сдвиг линий свободных экситонов и ЭПК в спектрах, что подтверждает существование сильных механических напряжений в приповерхностной области кристалла.

При увеличении температуры существашю изменяется форма IS3-полосы, с ростом температуры до 25 К сильно ослабевает линия cl3. При температурах до 90 К происходит размытие контура полосы и ее исчезновение. При 100 1С IS3-noj¡ooa не наблюдается.

Исследования спектров ФЛ при селективном возбуждении светом с различной длиной волны для различной интенсивности показали, что с увеличением интенсивности возбуждающего света происходит небольшой спектральный сдвиг линии d3 в коротковолновую область и относительное ослабление коротковолновых компонент спектра и возгорание длинноволновых. При увеличении интенсивности наиболее заметен относите »ыгай рост линии <33.

С уменьшением длины волны возбуждающего света происходит тане-

нение относительной интенсивности излучения в линиях спектра ФЛ, резкое увеличение интенсивности, всего спектра и смещение его при возбуждении светом в промежутке между и ^,-экситонными

резонансами. В спектральных областях 480-483 нм и 486-490 нм линии 1£>3-полоса медленно смещаются в коротковолновую сторону, в области 483-485 ни наблюдается резкий спектральный сдвиг, синбат-ный с изменением длины волны возбуждающего света, в области 485486 нм наблюдается смещение компонент в длинноволновую сторону.

Исследования спектров возбуждения свеч^ия LS^-полосы показали, что полоса LS3 относительно слабо возбуждается как из линии экситонннх резонансов, так и зона-зонным светом. Наиболее интенсивно LSj-nojioca возбуждается светом с длиной волны 484 нм. Спектра возбуждения свечения в линиях <1,, á3 и d^, обнаруживают само-обращениэ линий экситонных резонансов, что указывает на уменьшение концентрации светоизлучащих центров LSj-полосы в области кристалла, непосредственно примыкающей к поверхности. Различие в положении максимумов и протяженности длинноволнового хвоста также свидетельствует, о разной глубине залегания центров, ответственных за разные компоненты 1£3~полосы.

Спектрально-временные исследования показали, что с увеличением времени задержки от О до 100 не посла прекращения возбуждающего свотового импульса происходит изменение формы 1£?3-полосы и перераспределение интенсивности в еэ отдельных компонентах. Исследование временного спада послесвечения показало, что он характеризуется наэкспоненцивльным ходом, в котором можно условно выделить быстрые (кЮ не) и медленные компоненты. Соотноошение вкладов быстрых и медленных, коыпонент, а также времена жизни зависят от интенсивности возбуждающего света, с увеличением которой времена жизни уменьшаются. Степень поляризации Д^-полосы меняется от времени задержки. В начальный момент она имеет значение «10%, а через 100 не увеличивается до ~30%. Мы полагаем, что медленные составляющие - вклад в послесвечение протяженного длинноволнового хвоста 15,-. а быстрые - is^-полосы. Аппроксимация начального участка спада экспоненциальной зависимостью с учетом . аппаратной функции показала, что он может Сыть характеризован следующими временами жизни: <3, - 7 не, c¡3 - 3 не.

Естественной причиной возникновения свечения в полосе LS3 мо-

гут бить пластические деформации, инициированные благодаря адгезионным силам, действующим на границе полупроводник - затвердевший электролит. Ослабление свечения в К -полосе при раэгорании Ь53-полосы, свидетельствует о появлении дополнительного канала рекомбинации электронов и дырок, локализованных флуктуациями приповерхностного потенциала.

Бремя распада люминесценции в 153-полосе больше, чем линии ЭПК 1г И' меньше, чем зеленой краевой люминесценции. Наличие таких времен соответствует экситонной или внутрицентровой природе этих линий, что подтверждает предположение о связи дислокационного излучения с рекомбинацией экситона, локализованного на ыетастабиль-ном комплексе точечных дефектов, рожденных в результате прохождения дислокации через кристалл при пластической деформации.

Спектральное смещение 1£3~полосы с изменением длины волны возбуждающего света в интервале между В и Л^^экситонами обусловлено взаимодействием излучающего центра с флуктуациями поля напряжений при неоднородной деформации. Поскольку в этой спектральной области происходит эффективная передача энергии центрам Ь!>3-полосы, и мы наблюдаем преимущественное свечение центров, находящихся в одинаково деформированных областях кристалла.

Произведенная оценка глубины залегания отдельных линий ¿!>э-полосы показала, что центры, излучающие свет в линии расположены на расстоянии 10-16 шш, <3Э - 8-13 мкм, <14 - 15-27 мкм. Это позволяет объяснить различия формы спектров возбуждения для отдельных компонент 1£3-полосы.

В заключении перечислены основные результаты и выводы работы:

1. Установлено, что изменения оптических свойств приповерхностной области кристалла под воздействием контакта с электролитом носят универсальный характер: природа возникающего свечения Ш¿-полоса) не связана с химическими свойствами ионоз электролита. Индивидуальные свойства ионов и технология формирования контакта оказывают влияние лишь на энергетическое распределение состояний в £5(-полосе.

2. Показано, что излучение в -полоса исходит из области кристалла, непосредственно примыкающей к поверхности. Степень поляризации излучения 15(-полосы монотонно уменьшается с ростом длина волны.

3. Выявлена зависимость формы и положения максимума 15,-полосы от интенсивности возбуждающего света.

4. В ходе температурных исследований установлено, что с повышением температуры 15,-полоса меняет свою форму, а ее максимум сдвигается в длинноволновую сторону гораздо сильнее, чем экситон-ные линии. Полоса исчезает в спектре при температуре 45 - 55 К.

5. Установлено, что ФЛ в .¡^-полосе возбуждается как в экси-тонных максимумах, так и при переходах зона-зона. В спектрах возбуждения более длинноволновых участков 15полосы наблюдается уширение вкситонных максимумов и размытие края поглощения (появление "хвоста"). С увеличением температуры происходит уменьшение наклона "хвоста", большее для длинноволновых участков К,-полоси.

6. Показано, что послесвечение в 15 (-полосе имеет широкий набор времен от наносекунд до миллисекунд. Зависимость вклада быстрых и медленных компонент в послесвечение от интенсивности возбуждающего света имеет нелинейный характер, с увеличением интенсивности наблюдается насыщение медленных компонент.

7. Показано, что длинноволновое крыло в спектре послесвечения и в спектре ФЛ 25 (-полосы при больших плотностях накачки может быть приписано состояниям, в которых локализована дырка, а электрон находится выше порога подвижности, т.е. состояниям подобным локализованным экситонаы в смешанных кристаллах.

8. Сделан .вывод, что природа ФЛ .в 15,-полосе обусловлена:

- туннельной излучательной рекомбинацией носителей, локализованных в пространственно разделенных потенциальных ямах, образованных флуктуациями потенциала в приповерхностной области кристалла благодаря наличию на поверхности слоя затвердевшего электролита;

- излучательной аннигиляцией экситонного состояния с участием локализованной дырки.

Э. Установлено, что нанесение покрытая на поверхность монокристалла СйЗ шает инициировать пластическую деформацию приповерхностной области кристалла, в результате чего возникает свечение, связанное с дислокациями - Х£3-полоса. Линии, входящие в полосу 1Б3 размыты из-за неоднородности пластической деформации. Обнаружено, что при появлении 15э-полосы в спектре ФЛ происходит изменение формы и ослабление 15 (-полосы. Линии 153-полосы имеют степень поляризации в плоскости не более 10%.

10. Показано, что светокэлучаящие центры LSg-полоси расположены на разной глубине от поверхности кристалла. Предложен способ оценки глубины залегания светоизлучающих областей. Найдено, что светоизлучвжцие центры <3? расположены на расстоянии от поверхности 10-16 мкм, й3 - 8-13 ыкм, d4 - 15-27 мкм и их концентрация уменьшается в области, непосредственно примыкающей к поверхности.

11. Обнаружено, перераспределение интенсивности излучения отдельных компонент iS^-полосы и их коротковолновое смещение с уменьшением глубины проникновения света.

12. Обнаружено, что при возбуждении светом с длиной волна в интервале от до /1п_;-экситона наблюдается спектральный сдвиг LS3-полосы симбатный с изменением длины волны возбуждающего света. Показано, что такой сдвиг компонент спектра обусловлен наличием процессов эффективной передачи энергш центрам ^-полосы, в результате чего наблюдается преимущественное свечение центров, находящихся в одинаково деформированных областях кристалла.

13. Исследованы спектрально-временные характеристики излучения 1гэ-полосы. При увеличении времени задержки наблюдается перераспределение интенсивности компонент. При анализе начального участка временного спада подучены следующие времена распада люминесценции: й3 - 3 но, <3,-7 не.

14. Подтверждено, что механизм излучения в £>3-полосе следует связать с излучательной аннигиляцией эксигона, локализованного на мвтастабильнои комплексе точечных дефектов, возникающих благодаря движению дислокаций через кристалл в ходе пластической деформации приповерхностной области.

Основные результаты изложены в следующих публикациях:

1. Григорьев Р.В..Григорьев O.P., Калмыкова И.П., Коттхаус И., Новиков Б.В.,Сикорский К. Процессы локализации в кристаллах CdS при контакте с Si02 и электролитом. - ФГГ, 1988, Т.30, вып.8, с.2372-2379.

2. Григорьев Р.В.,Григорьев С.Р.,Новиков Б.В. Локализованные состояния на границе стекло-CdS. - Вестник ЛГУ, 1988,Jfll,с.86-89.

3. Григорьев Р.В., Григорьев O.P., Калмыкова И.П., Новиков Б.В. Процессы локализации в кристаллах cas и CdSe при контакте с S102 и электролитом. - Всесоюзное совещание "Экситоны в полупроводниках - 88". Вильнюс, 1988, с.27-28.

4. Григорьев Р.Б., Григорьев O.P.. Калмыкова И.П., Новиков Б.В. Спектроскопические проявления процессов локализации в кристаллах CdS при контакте с электролитом. - XX Всесоюзный съезд по спектроскопии. Киев, 1988, с.147.

Б. Григорьев Р.В..Григорьев С.Р..Калмыкова И.П..Новиков Б.В. Поверхностная флуктуационная люминесценция полупроводников. -Оптика и спектроскопия, 1990, т.68, вып.4, с.889-892.

6. Григорьев С.Р., Григорьев Р.В., Новиков Б.В., Талалаев В.Г. Флуктуационная люминесценция на границе раздела полупроводника с электролитом, диэлектриком и полупроводником. - XXII Всесоюзная конференция по физике полупроводников, Киев. 1990, тез. с.199.

7. Григорьев Р.В., Григорьев С.Р., Новиков Б.В. Флуктуационная люминесценция на граница раздела полупроводника с электролитом, диэлектриком и полупроводником. - Всесоюзная конференция по спектроскопии, Москва, 1ЭЭ1, тез. с.56.

8. Batyrev A.S., GrlgoreT S.R., Novikov B.V. The Fluctuating luminescence and hopping photoconductivity in CdS crystals. -Fourth international conference on hopping and. related phenomena, Hamburg, FRG, 1991, p.36.

9. Григорьев O.P., новиков Б.В. Спектрально-временные исследования поверхностной флуктуационной люминесценции в кристаллах CdS. - ФТТ, 1992, т.34, с.433-439.