Строение и свойства глубоких акцепторных центров, создаваемых элементами подгруппы меди в GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

ЦАЦУЛЬНИКОВ Андрей Федорович

УДК 621.315.592 СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ГЛУБОКИХ АКЦЕПТОРНЫХ ЦЕНТРОВ, СОЗДАВАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТАМИ ПОДГРУППЫ МЕДИ В СаАэ

(01.04-.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена с Ордена'Ленина физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН.

Научный-руководитель - доктор физико-математических наук

РОГАЧЕБ A.A.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

Ведущая организация - Санкт-Петербургский технический

университет.

в (О часов на заседании специализированного совета К 003.23.01 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

РЫСКИН А.И.,

кандидат физико-математических наук ЕМЦЕВ В.В,

Защита-диссертации состоится

и

/ " Cbwtfyt

1992г.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета К 003.23.01 кандидат физ.-мат. наук

Г.С.Куликов

ССИИСКАЯ------

ДАРСТВЕННАЯ ] СТГП 5ЛИ0ТЕКА .

-3-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С самого начала развития физики полупроводников стало ясно, что зо многих отношениях определяющую роль в их свойствах играют различные дефекты.

Глубокие центры изменяют свойства материала и поэтому управляемое введение их в кристаллы активно используется в настоящее время для создания приборов с заданными характеристиками.

Научный интерес к глубоким центрам связан с тем, что в настоящее время отсутствует единая теория, с помощью'которой можно было бы описать свойства таких центров. Поэтому весьма интересным является исследование модификации свойств глубоких центров по мере изменения порядкового номера элемента внутри группы с подобным электронным строением атомов. Такие исследования еще достаточно редки и мало касались тенденций в изменении тонких особенностей строения центров.

Одними из элементов, создающих в СаАэ глубокие уровни, являются переходные металлы, к которым относятся элементы первой группы Периодической системы Си, ^ к Аи, образующие подгруппу меди и имеющие подобную структуру двух внешних электронных оболочек (Си - (3с3104з1), - ^а^бв1), Аи - (5а106з<)). Введение этих элементов в СаАэ приводит к значительному изменению его электрических свойств. Таким образом, изучение свойстр

центров, создаваемых в СаАг, Си, и Аи, представляет определенный интерес как с практической, так и с научной точек зрения в силу причин, указанных выше.

Из этих центров к началу настоящей работы относительно хорошо был изучен только акцептор Си, который представляет собой анизотропный ян-теллеровский центр, способный менять свою ориентацию в кристалле. Однако, динамика такой переориентации детально не изучена. Данных о строении и свойствах центров, создаваемых атомами А£ и Аи,известно мало. В связи с этим целью настоящей работы являлось:

1) исследование строения и свойств глубоких акцепторных центров, создаваемых в СаАз атомами Ag и Аи, с уровнями,лежащими, соответственно, на 0.24 и 0.4 эВ выше потолка валентной зоны

(Еу+0.24 эВ и Е^+0.4 эВ,соответственно);

2) исследование динамики переориентации центра с уровнем Еу+0.15 эВ в GaAs;

3) построение,уточнение и детализация модели глубоких акцепторных центров,создаваемых в GaAs атомами элементов подгруппы меди Си, Ag и Au.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1) Произведена идентификация глубоких акцепторных центров с уровнями Ev+0.24 и Etf+0.4 эВ в GaAs:Ag и GaAs:Au,соответственно.

2) Обобщена модель двойного ян-теллеровского акцепторного центра, разработанная для центра Си^ с уровнем Еу+0.15 эВ, на случай центров Ag^ к Аи^ в GaAs, что позволило построить единую модель глубоких акцепторных центров, создаваемых в C-aAs атомами элементов подгруппы меди.

3) Обнаружен эффект деполяризации фотолюминесценции (ФЛ), обусловленной захватом электронов на центр Си"^, при увеличении интенсивности возбуждающего ФЛ света и приложении одноосного давления Р1![001].

4) Исследована динамика переориентации центров Cugg, Agg,, и Au^ и построена феноменологическая модель, описывающая динамику переориентации анизотропного ян-теллеровского центра в условиях рекомбинации через него электронно-дырочных пар.

5) Предложен метод оценки времени переориентации ян-теллеровского центра при низких температурах по исследованию зависимости степени поляризации ®Л, связанной с этим центром, от интенсивности возбуждающего ФЛ света в случае приложения,выстраивающего центры одноосного давления.

На защиту выдвигаются следующие положения.

1) Элементы подгруппы меди (CÖ,Ag,Au) в GaAs, замещая Ga, образуют глубокие акцепторные центры с уровнями, лежащими,соответственно , на 0.15, 0.24 и 0.4 эВ выше потолка валентной зоны, которые имеют подобное строение. Они представляют собой двойные акцепторы, симметрия которых в нейтральном состоянии понижена до тетрагональной вследствие взаимодействия локализованных на центрах дырок с Е-модой колебаний исходного тетраэд-

рического комплекса "атом замещения (Си,/^,Аи)+4 ближайших атома Аэ", что приводит к появлению выделенной оси центра, параллельной одному из направлений <100> кристалла.

2) Структура основного состояния центров Си^, Ag^ и Аи^ подобна. Во всех случаях оно сформировано, главным образом,из волновых функций Гх -симметрии и соответствует проекции полного момента каждой дырки Л=3/2,равной *1/2,на ось искажения центра. В случае Ag¿Q и Аи^ благодаря сильному взаимодействию с Е-колебаниями тетраэдрическсго комплекса существенную роль играет подмешивание к основному состоянию возбужденных состояний

Г}-типа и, возможно, 1$ - и -типов.

3) Возникновение поляризации ФЛ, связанной с захватом электронов на центры Си^^^ и Аи^ , при приложении внешнего давления Р1|[001] обусловлено выстраиванием центров вдоль оси давления; которое происходит в результате собственной и/или рекомбинационно-стимулированной переориентации,то есть переориентации при рекомбинации через центр электронно-дырочных пар.

4) Поляризационное отношение ФЛ, связанной с захватом электрона на отдельный центр, относительно внутренней оси центра составляет ~6 для Ай^и ~8 для Аи^. Увеличение величины поляризационного отношения для центров К^^ и Аи^ по сравнению с (поляризационное отношение -4) обусловлено большим смешиванием исходных - и 1} -состояний ян-теллеровской модой колебаний.

5) Центр Аи£а при Тг2К в условиях термодинамического равновесия "заморожен",то есть не способен менять свою ориентацию. При освещении и приложении внешнего давления РИ[001] вплоть до Р«8 кбар выстраивание центров Аи^обусловлено рекомбина-ционно-стимулированной переориентацией.

6) Переориентация центра Си^ при Т«2К в условиях термодинамического равновесия происходит за счет туннельного эффекта. Время переориентации составляет (2-^40)• 105 с.

7) Высота потенциального барьера между состояниями центра с различной ориентацией выделенной оси составляет ~10 мэВ для Сиба '' мэ® -?ля Аи&г Энергия ян-теллеровской стабилизации 12т16 мэВ для Си^, 50-И 00 мэВ для Ак Аи^а.

-68) Значение констант деформационного потенциала центров Си^, ^¿¡^ и Аи^а близки друг к другу и превышают значения соответствующих, констант для у-зоны и мелкого акцептора. ' Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на X Международном симпозиуме по эффекту Яна-Теллера (Кишинев, 1989г.), на XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев. 1990г.), а также на семинарах ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, которые перечислены в конце автореферата.

.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы (72 названия) и содержит 184 страницы, включая 46 рисунков и 7 таблиц.

' ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, указана ее новизна и практическая значимость и сформу- . лированы основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава - обзорная. В ней обобщены результаты исследований глубоких центров, создаваемых в СаАэ элементами подгруппы меди (С-и, А^, Аи). Подробно изложено описание модели центра Си'^ в СаАэ с уровнем Е,+0.15 эВ [1,2]. Этот центр представляет собор комплекс "Си^ + 4 ближайших атома Аэ", связывающий в нейтральном состоянии две дырки, симметрия которого понижена бла-. годаря взаимодействию дырок с Е-модой колебаний примесного комплекса таким образом, что образуется выделенная ось, параллельная одному из направлений <100> кристалла. Этот центр способен быстро менять свою ориентацию даже при температуре ~2К (время переориентации меньше ~1с). Приведен обзор сведений о центрах, образующихся при введении в СаАз Ag и Аи. Сделаны выводы о том, что динамика переориентации центра Си'^ , а также строение и свойства глубоких акцепторных центров с уровнями Еу^0.24..и Еу+0.4 эВ, создаваемых в СаАэ,соответственно,атомами Ае и Аи, до настоящего времени изучены мало. На основании.этого сформулированы задача диссертации. .

Во второй главе развита феноменологическая теория, описывающая динамику переориентации анизотропных ян-теллеровских центров в условиях рекомбинации через них электронно-дырочных пар, и приведены результаты экспериментального исследования динамики переориентации центра Си^ .

В том.случае, если для перехода меяду состояниями с различной > ориентацией выделенной оси центру необходимо преодолеть потенциальный барьер, переориентация в условиях рекомбинации через центр электронно-дырочных пар может осуществляться благодаря двум следующим механизмам. Во-первых,за счет туннельного или термоактивационного преодоления барьера (собственная переориентация). Во-вторых,переориентация может быть рекомбинационно-стимулированной. Такая переориентация происходит вследствие того, что после захвата центром электрона ян-теллеровское искажение центра с оставшейся дыркой значительно уменьшается и центр теряет свою первоначальную ориентацию. Кроме того, после захвата второй дырки центр может оказаться в сильно возбужденном состоянии и после релаксации его ориентация также может измениться.

При приложении одноосного давления Р11[001] происходит выстраивание центров вдоль оси давлени,. за счет их переориентации, что приводит к поляризации ФЛ, связанной с этими центрами. Выстраивание в результате рекомбинационно-стимулированкой переориентации удобно характеризовать феноменологическим параметром А, равным относительной вероятности для центра после акта рекомбинации оказаться выстроенным вдоль оси давления. Если время пребывания центра в излучающем состоянии Та (определяемое скоростью генерации электронно-дырочных пар) сравнимо или меньше времени собственной переориентации "С , то ингеграль-юе поляризационное отношение ФЛ Р* ( Р*= Iц/1 , где 1Ид-лнтенсивности света с электрическим вектором,направленным параллельно и перпендикулярно направлению давления) будет существенно уменьшаться, ввиду того, что центры не будут успевать встроиться вдоль оси давления. Зависимость интегрального юляризационного отношения ФЛ Г* от плотности потока падающих ротонов Иф в предположени, что рекомбинация происходит равно-

мерно в слое кристалла толщиной Ь в условиях существования двух механизмов выстраивания, для центра Си^ имеет вид:

где Кг0 - равновесная концентрация центров, ориентированных перпендикулярно оси давления; Л. - доля электронно-дырочных пар, рекомбинирующих через центры Си^ ; N - концентрация центров.

Экспериментальные исследования были выполнены с плотностями потока фотонов возбуждающего излучения в диапазоне (5-Ю1' -г5-10 ) см-с на образцах с концентрацией центров Си^ -4-10 см и -5'10!3 см? полученных диффузией Си в а&кз при температурах, соответственно,700 к ЮОО'С. Они действительно показали уменьшение Г* с ростом Ь'ф и позволили определить время собственной переориентации Т я (2-^40) • 10'5" с при Т=2К и Р=0. С увеличением относительной деформации £| (£(=-Р/(Сц -Сц,) С-^ - упругие модули СаАэ) до Э-10"* г уменьшается примерно на два порядка. Большое время переориентации свидетельствует о том, что между различными состояниями центра существуют значительные потенциальные барьеры. Вероятность выстраивания центров в результате рекомбинационно-стимулированной переориентации с ростом давления увеличивается от 1/3 при £,=0 до -0.8 при £,«103.

В третей главе приведены результаты аппроксимации экспериментальной зависимости времени переориентации центров Си^ от величины деформации £,-, что позволило оценить параметры адиабатических потенциалов (АП) этого центра.

'•АП определяются суммой упругой энергии колебательного движения атомоз примесного комплекса.и энергии дырочкой подсистемы с учетом электронно-колебательного, обменного взаимодействий и взаимодействия с внешней деформацией [21■ В том случае, если между состояниями центра с различной ориентацией выделенной оси существуют потенциальные барьеры, нижний лист АП в пространстве обобщенных координат С}^, <33, связанных с Е-модой квазилокальнь» колебаний, имеет три миниума, соответствущих ориентации центра вдоль направлений <Ю0>, <010>, <001> кристалла. В данной глав«

при различных величинах одноосной деформации кристалла вдоль оси [001] проведен численный расчет формы нижнего листа АП в пространстве <3^, и оценена вероятность перехода центра из одного минимума АП в другой при туннельной и термоактивационной переориентации. Форма АП определялась з модели, учитывающей линейное и квадратичное взаимодействия дырок с квазилокальными колебаниями, поскольку это является простейшим предположением, которое приводит к существованию энергетических барьеров между эквивалентными конфигурациями центра. Однако, учет поправок более еысоких степеней не приводит к значительному изменению оснозных характеристик АП.

В результате аппроксимации экспериментальной зависимости

расчетной было установлено, что при температуре ~2К переориентация осуществляется благодаря туннельному эффекту. Эта аппроксимация вместе с результатами больной группы пьезоспек-троскопических экспериментов (сужение линии ФЛ и резкое изменение ее положения при подавлении эффекта Яна-Теллера [3]) позволили оценить следующие параметры центра Си^а : энергию ян-тел-леровской стабилизации £ет =124-16 мзВ, высоту барьера между состояниями с различной конфигурацией Уз 10 мэВ, константу обменного взаимодействия Д <4 мэЗ, сдвиг ближайших к Си^ атомов решетки ~0.15 А.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования полос ФЛ с максимумами около Яи^ » 1.26 эВ и Йи>„*1,07эВ,.

связанных с центрами, создаваемыми в СаАэ. серебром и золотом. Показано, что всю совокупность экспериментальных результатов можно, как и в случае Си, непротиворечивым образом объяснить в модели связывающего две дырки анизотропного ян-теллеров-гкого центра, создаваемого примесным атомом замещения, окружение которого искажено вследствие взаимодействия дырок с Е-коле-5аниями тетраэдр'ического комплекса.

В первом параграфе этой главы представлены результаты пьеэо-:пектроскопического исследования глубокого акцепторного центра \gQfl с уровнем Е^+0.24 эВ и его модель.

СаАэ:А? был получен диффузией в образцы СаАэ, ориентиро-занные по фигурам отражения света от поверхности. Диффузия про-

водилась из слоя кр, напыленного на поверхность кристалла, в откачанных ампулах при температурах 800 и 1000°С.

Оказалось, что поведение связанной с центрами Ай^ полосы ФЛ с 1.26 эВ при различных направлениях давления Р существенно различно. В случае Рн[001] интегральное поляризационное отношение при Т=2К сначала быстро растет, достигая Г*» 6 при Р*3кбар,

а затем медленно увеличивается и при Р=9 кбар В

случае Р1|[111] в исследованном диапазоне давлений полоса ФЛ поляризовалась слабо ( Г*» 1.5 при Р=10 кбар). Эти результаты свидетельствуют о том, что исследуемый центр имеет выделенную ось, параллельную одному из направлений <100> кристалла и способен быстро выстраиваться вдоль оси давления при Т-2К.

Более высокая величина в области насыщения зависимости г*(Р) по сравнению с поляризацией ФЛ центра Си^ ( Г**4 [1]) обусловлена увеличением поляризации ФЛ, связанной с захватом электронов на отдельный центр ко^, и монет определяться увеличением энергии ян-теллеровской стабилизации, что приводит к изменению, волновых функций дырок на центре благодаря смешиванию ян-теллеровсккм взаимодействием различных состояний центра. С более высокой величиной энергии ян-теллеровской стабилизации связано также .отсутствие подавления эффекта Яна-Теллера внешним давлением при БИСШ] вплоть до Р-10 кбар (для центра Си^д при Еф- =12^16 мэВ подавление эффекта Яна-Теллера происходило при Р« 4-5 кбар [3]). Из зависимостей Ц/Р) при Р11[Ш] и РИ[001] были оценены разности констант деформационного потенциала, описывающие сдвиг уровк . центра при гидростатическом сжатии и расщепление уровня при приложении одноосного давления Р1|[001] в начальном (Ат и Вг, соо!-етственно) и конечном ( ,8* ) относительно оптического перехода состояниях центра. Оказалось, что кт --6.7 эВ, Вт'--2.4 эВ. Относительно большая величина Вт-£* по сравнению с константой деформационного потенциала для V-зоны (В^-1.96 эВ [4]) согласуется с предположением, что центр кё^ в исходном (до захвата электрона) состоянии связывает две дырки. Из полученного значения Вт и зависимости Г*(Р) была проведена оценка эффективной температуры Т^ , характеризующей заселенность состояний центра с различной ориентацией выделенной оси

при 2К. Оказалось, что Т^ 25К. Такое большое значение Т»фф указывает на то, что в определяющую роль в Еыстраивании центров Agj^j , по крайней мере в области низких Р1|[001], играет рекомбинационно-стимулированная переориентация. Это происходит из-за того, что для центров Ag^, высота барьера, разделяющего минимумы АП, при Р=0 значительно превышает аналогичную величину для центра Cu'p. . Из исследования зависимости l"*(N®) в области

* ÜU (с iq -2. -1

плотностей потока фотонов N?=5-10 -5-Ю3 см - с слезет, что Г(Р=0) > iO'J с.

Следующие два параграфа этой главы посвящены исследованию структуры и свойств центра Ай^, с урознем Ev+0.4 эВ. GaAsrAu был получен диффузией в вакууме в ориентированные по фигурам отражения образцы при температуре 900'С из напыленного на поверхность образцов слоя Au. Изучено поведение ФЛ с к)т«1.07эВ,

связанной с захватом электронов на этот центр, при Т*2К и 77К и одноосных давлениях вдоль главных кристаллографических осей.

Поведение поляризации ФЛ резко анизотропно. При Т=77К и РП [001] при Р~3 кбар Г*возрастает до ~7 и затем изменяется слабо и достигает величины 8-1-9 при Р«10 кбар. При РН[111] Р* практически остается равным 1 до Р*3кбар и не превышает -1.5 при ?* 10 кбар. При Т=2К и РН[001] Г* с давлением увеличивается значительно медленее, чем при Т=77К. Кром того, при Тг2К наблюдалось уширение компоненты спектра ФЛ с электрическим вектором, направленным перпендикулярно оси давления ((iu))).

Анизотропия поведения поляризации ФЛ свидетельствует о том, что исследуемый центр имеет выделенную ось, параллельную одному из направлений <100> кристалла,и способен выстраиваться вдоль оси давления при Т«2К. Более высокая величина г* в' области насыщения зависимости Р*(Р) при РИ[001] и отсутствие подавления эффекта Яна-Теллера внешним давлением РН[111], как и в случае Ag^ , обусловлены увеличением ян-теллеровского электрон-фонон-ного взаимодействия. Из зависимости *и,,(Р) при Т=77К, Fi|[001] и РН[111] было получено, что Ат -0* г-7 эВ, Вт -Ц*-2.7 эВ. Расщепление линии Ix(ticj) и более медленное нарастание зависимости г'(Р) при Т*2К и PI[001] и отсутствие этих эффектов при Т=77К

связаны с тем, что при Т«2К основную роль в выстраивании центров играет не собственная, а рекомбинационно-стимулированная переориентация, дающая меньшую степень выстраивания центров, чем в условиях термодинамического равновесия при Т=77К. Исходя из этого, была проведена аппроксимация экспериментальных спектров при различных РИ[001] расчетными, которая давала удовлетворительные результаты при Вт=-(3+4) эВ. При этом была получена зависимость от давления Рн[001] параметра рекомбинационно-стиму-лированного выстраивания А. Как и для центра Си^, наблюдалось увеличение величины А с давлением.

Для изучения механизма переориентации центра Аи^ были проведены исследования температурной зависимости интегрального поляризационного отношения при различных величинах одноосного давления Ри С00II). При относительно небольших величинах давления в области температур до -25К Г изменяется слабо, что свидетельствует о неэффективности процесса термоактивационной переориентации центров по сравнению с рекомбинационно-стимулированным процессом. При увеличении температуры выше 25К наблюдалось сначала быстрое .увеличение г* с температурой, что связано с проявлением термоактивационной переориентации, а затем медленное уменьшение Г*, обусловленное уменьшением равновесной степени выстраивания центров. Полученные зависимости ^(Р,Т) были аппроксимированы с помощью выражения

г* 9 К (г-н-<)&х/У*АЬГ<)/0+г/и) ММ^ОЙЖ* Л/ЧО/И-Па) '

где г.г^рф, .

Т0 - частота соударений системы со стенками минимума АП, и -высота потенциального барьера между минимумами АП, к, - постоянная Больцмана, гн - поляризационнное отношение ФЛ, связанной с захватом-электронов на отдельный центр, относительно внутренней оси центра. При Гн «=8 аппроксимация дает удовлетворительные результаты при Вт*-4 эВ, и(р=0)=35*7 мэВ, т„Ла -10*6 . Полу- • ченная путем такой аппроксимации зависимость А(Р) совпадала с

той, что была получена при исследовании спектров ¡¿(йи).

В пятой главе проведен анализ и сопоставление результатов исследования центров Си^, Ag^<? и Аи^ с уровнями, соответственно, Е„+0Л5 эВ, Е^+0.24 эВ и Е^+0.4 эВ на основе теория, развитой в [5] и учитывающей смешивание различных электронных состояний центра ян-теллеровским электронно-колебательным взаимодействием.

В пренебрежении обменным взаимодействием состояния двойного акцептора описываются одночастичными волновыми функциями дырок. Исходная симметрия одночастичного потенциала примеси замещения может считаться кубической. В таком потенциале симметрия возможных состояний дырки с учетом' спин-орбитального взаимодействия соответствует представлениям Г^ , Г? , Г5 группы Т<{. В результате эффекта Яна-Теллера, понижающего локальную симметрию, состояния, отвечающие двумерным представлениям Г? и Г6 , переходят, соответственно, в состояния, отвечающие и ¿¿-представлениям. Терм Г^ расщепляется на два уровня симметрии Е| и Е^ [6].

Показано, что основные состояния нейтральных акцепторных центров, создаваемых элементами подгруппы меди, замещающими атом Са, в СаАэ подобны, являются состояниями Е,'-типа и возникли в результате смешивания состояний различной симметрии. Во всех случаях основное состояние сформировано, главным образом, из золновых функций Гд -симметрии, к которым вследствие взаимодействия с Е-колебаниями примесного тетраедрического комплекса (Си, Ай.Аи)^ +4Аэ в различной степени подмешиваются состояния Г;-типа и, возможно, Г6- и Г^-типов. Отличия пьезоспектроскопичес-кого поведения ФЛ центров Ag£(J и Аи^ от поведения ФЛ Си^ могут быть объяснены большей величиной эффекта Яна-Теллера (оценки энергии ян-теллеровской стабилизации центров Ag¡^ и Аи^ дают значение Е^г 50-Н00 мэЗ) и большим смешиванием исходных

- и Г7-состояний ян-теллеровской модой колебаний. Это смешивание по величине достаточно для того, чтобы внести основной вклад в наблюдаемое экспериментально увеличение по сравнению с 4 поляризационного отношения ФЛ, вызванной захватом электрона из с-зоны на основной уровень акцептора и в высоту потенциального барьера между эквивалентными ориентациями примгсного комплекса. При этом подмешивание возбужденных состояний Г^ - и Г^-

типов в основное состояние центров ^¿¡^ и Аи^, хотя и возможно, но по порядку величины не должно превышать подмешивания Г? -состояния. В случае Си^ вклад в формирование барьера между эквивалентными ориентациями подмешивания в основное состояние состояний -симметрии не является определяющим.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что центры с уровнями на >0.24 эВ и -О.4 эВ выше потолка.валентной зоны, дающие в СаАз:Аё и СаАэгАи,соответственно, полосы ФЛ с максимумами при энергии фотонов ~1.26эВ

и -1.07 эВ, являются.изолированными нейтральными двойными анизотропными акцепторами замещения и Аи^, .

2. Установлено, что пространственное строение центров Кц^ и Аи^ подобно строению центра Си^, и соответствует понижению симметрии центра от тетраэдрической до тетрагональной (группы симметрии или ) вследствие эффекта Яна-Теллера.

3. Показано, что электронная структура основного состояния Ag^q и Аи^ качественно подобна структуре Си^, в том отношении, что оно сформировано, в основном, из исходных волновых функций дырок с симметрией типа Г8 . Отличия между Си^, Ag^Q и Аи^ состоят в большем подмешивании в основное состояние Ag^a и Аи^ исходных волновых функций возбужденных состояний Гт-типа и, возможно, и -типов. Это подмешивание вызвано ян-теллеров-ским взаимодействием и начинает играть заметную роль для центров А^^ и Аи^ из-за увеличения относительной величины ян-теллеровского-расщепления исходного состояния.

4. Построена феноменологическая модель, описывающая динамику переориентации анизотропного ян-теллеровского центра в условиях рекомбинации через центр электронно-дырочных пар,и показано,что эта модель хорошо описывает переориентацию центров Си^ и Аи^,.

Е>. Предложен метод оценки времени переориентации ян-теллеров-ского центра при низких температурах по исследованию зависимости степени поляризации ФЛ того центра в случае приложения выстраивающего центры одноосного давления от интенсивности возбуждения ФЛ. Метод основан на обнаруженном в работе эф( кте депо-

ляризации примесной ФЛ. деформированного кристалла при уменьшении промежутка времени между актами рекомбинации.через отдельный центр и использован для оценки времени переориентации центра Cu^j при 2К.

6. Экспериментально обнаружены рекомбинационно-стимулирован-ная переориентация центров Си^ и Аи^, к выстраивание центров, обеспечиваемое этим механизмом переориентации, при РН[001]. Получены зависимости параметра, характеризующего степень выстраивания центров в результате такого механизма, от величины внешнего давления. -

7. Показано, что переориентация центра Си^ при температуре ~2К в условиях термодинамического равновесия и при сравнительно невысоких уровнях возбуждения ФЛ происходит путем туннельных переходов атомной сиситемы дефекта между эквивалентными конфигурациями. Характеристическое время такой переориентации составляет (2f40)- 10Jc. Центр Au°^ в равновесных условиях при температурах ниже -30К "заморожен". Его переориентация при низких температурах возможна только путем рекомбинационно-стимулированного процесса. При температурах выше -40К доминирующую роль в переориентации Аи^ играет термоактивационное преодоление барьера между эквивалентными конфигурациями атомной системы дефекта.

8. Обнаружено уменьшение характеристического времени туннельной переориентации центра Cugg при увеличении давления вдоль оси [001], связанное с изменением с давлением формы адиабатических потенциалов центра.

9. Оценены величины некоторых параметров АП центров Cüq^, Ag^, и Au^,: энергия ян-теллеровской стабилизации этих центров, высота потенциального барьера между эквивалентными состояниями центров Cugg и Аи^,, энергия кванта ян-теллеровских колебаний и статическое смещение атомов комплекса "примесь замещения + ближайшее окружение" для центра Cu^j , а также значения некоторых констант деформационного потенциала, которые определяют пьезо-спектроскопическое поведение этих центров.

По теме диссертации опубликованы следующие работы. 1. Аверкиев Н.С., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов В.Е., Цацуль-

ников А.Ф. Динамика выстраивания ян-теллеровских центров Си^ в GaAs при давлении вдоль оси [001].. ИТ, 1988, т.30, N 5, с.1459-1465.

2. Аверкиев Н.С., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов В.Е., Цацуль-ников А.Ф. Оптические явления, связанные с многозарядными ян-теллеровскими центрами в полупроводниках, при одноосной деформации. Тезисы X Международного симпозиума по эффекту Яна-Теллера, Кишинев, 1989, с.26-29. \

3. Аверкиев Н.С., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов В.Е., Цацуль-ников А.Ф. AgQ9- новый ян-теллеровский акцептор в GaAs. ФТП, 1989, т.23, N 11, с.2072-2074.

4. Аверкиев Н.С., Ветрое В.А., Гуткин A.A., Меркулов И.А., Никитин Л.П., Осипов Е.Б., Седов В.Е.Цацульников А.Ф. Модель глубокого центра Си в арсениде галлия. ФТИ им.А.Ф. Иоффе АН . СССР. Основные результаты научной деятельности 1989/90. Ленинград, 1991, с.32-34.

5. Аверкиев Н.С., Гуткин.А.А., Осипов Е.Б.\ Седов В.Е., Цацульников А.Ф. Оценка величины статического искажения и нелинейности ян-теллеровского взаимодействия для глубокого центра CuGq в GaAs. ФТТ, 1990, т.32, N 9, с.2667-2676.

6. Аверкиев Н.С., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов, В.Е., Цацульников А.Ф. Электронное строение глубокого ян-теллеровского акцептора AggQ в GaAs. Тезисы XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников, Киев, 1990, ч.1, с.238-239.

7. Аверкиев Н.С., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов В.Е., Цацульников А.Ф. Глубокий центр Cuqq в GaAs: роль нелинейного ян-теллеровского взаимодействия и оценка смещения окружающих Cuq0 атомов решетки по данным пьезоспектроскопических измерений. Тезисы XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников, Киев, 1990, 4.1, с.240-241.

8. Гутлин A.A., Седов В.Е., Цацульников А.Ф. Фотолюминесценция, связанная с центрами Аи^ в GaAs:Au. ФТП, 1991, т.25, N 3, с.508-512.

9. Averkiev N S., Gutkin А А., Osipov E.B., Sedov V.E., Tsatsul'nikOY A.F. Alignment dynamics of Cu¡jQ Jahn-Teller centers in GaAs subjected to a pressure parallel t the [001]

axis. Best of Soviet. Semiconductors Physics And Technology 1987-1988. Ed. by M.Levinstein and M.Shur. Key.Papers in Physics Published by American Inst, of Physics, p.157-162. 10.Аверкиев H.C., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов В.Е., Цацуль-ников А.Ф. Стабилизация ориентации ян-теллеровских искажений акцептора Аи^ в GaAs при низких температурах и переориентация центра в процессе рекомбинации. ФТП, 1991, т.25, N 11, с. 1967-1975.

H.Аверкиев II.С..Гуткин А.А.,Осипов Е.Б..Седов В.Е.,Смирнов H.A. Цацулькиков А.Ф. Влияние смешивания электронных состояний электронно-колебательным взаимодействием на строение

и пьезоспектроскопические свойства ян-теллеровских акцепторов в GaAs. ФТП, 1991, т.25, N 11, с. 1976-1985.

Цитированная литература

I. Аверкиев Н.С., Аширов Т.К., Гуткин A.A. Пьезоспектроскопичес-кое исследование полосы рекомбинационного излучения с максимумом около 1.35 эВ в GaAs легированном медью. ФТП, 1981,

т.15, в.10, с.1970-1977.

2. Аверкиев Н.С., Гуткин A.A., Осипов Е.Б., Седов В.Е. Адиабатические потенциалы и примесная фотолюминесценция связывающего две дырки глубокого ян-теллеровского центра при одноосном давлении. ФТП, 1987, т.21, в.З, с.4^5-420.

3. Аверкиев Н.С., Аширов Т.К., Гуткин A.A. Примесная фотолюминесценция GaAs<Cu> около 1.36 эВ в условиях одноосного сжатия по направлению [111]. ФТП, 1983, т.17, в.З, с.97-102.

4. Bhargava R.N., Nathan M.I. Stress dependence of photoluminescence in GaAs. Phys.Rev., 1967, v.161, N 3, p.695-698.

5. Аверкиев Н.С..Гуткин А.А.,Осипов Е.Б..Седов В-.Е.,Смирнов H.A.,

Цацульников А.Ф. Влияние смешивания электронных со-.стояний электронно-колебательным взаимодействием на строение и пьезоспектроскопические свойства ян-теллеровских акцепторов в GaAs. ФТП, 1991, т.25, N 11. с. 1976-1935.

6. Бир Г.Л., Пикус Г.Е. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках. "Наука", М., 1972, 584с.

РТП ПКЯФ, зак.460, тир.100, уч.-изд.л.0,9; 29/У - 1992 г.

Бесплатно