Автореферат (Оптоэлектронные свойства бирефрактивных кристаллов A2B5 и приборов на их основе), страница 4

4),головные линии которой объясняются биэлектронными состояниями [6]. С длинновол135Рис. 3: Спектры отражения кристаллов 2 (2ℎ) в электрическом поле барьераШоттки в области края фундаментального поглощения.новой стороны каждой головной линии проявляются прямые водородоподобные серии(ПВС). Последние обусловлены взаимодействием биэлектрона, как единого целого, с положительно заряженным центром.Возможность существования биэлектроннопримесного комплекса (БПК) обоснована в [9].Нами экспериментально установлено, что электрическое поле не приводит к существенному смещению энергетического положения линий ОВС, а увеличение концентрации свободных носителей заряда приводит к смещению линий в длинноволновую область спектра.

Приэтом энергия связи биэлектрона постоянна длявсех значений концентраций свободных носителей заряда. Показано, что уменьшение пределасходимости ОВС обусловлено влиянием экранирующего потенциала свободных носителей заряда на энергию связи донорного центра.Рис. 4: Спектры ОВС кристаллов52 (2ℎ) при температуре 2 (а, а’) и77 К (б). Стрелками указаны значенияквантовых чисел для ОВС и ПВС.В §1.5 и 1.6 изучены оптические спектры свободных и связанных экситонов в нелегированных и легированных разными примесями кристаллах дифосфидов кадмия и цинка.14Рис. 5: Энергетические диаграммы уровней разрешенных и запрещенных переходов дляэкситонов связанных на аксиальных центрах: в 2 и 2 (48 ) (А) и в2 (48 ) (В).Показано, что примеси , , , , являются в этих кристаллах аксиальнымицентрами для связанных на них экситонов.Обнаружена тонкая структура в спектрах поглощения 2 и 2 (48 ) при 2 и 9 К,связанная с непрямыми переходами с поглощением и эмиссией фононов.

Спектры люминесценции описываются разрешенными и запрещенными рекомбинационными переходами в модели уровней аксиального центра. Предложены модели оптических рекомбинационных переходов аксиальных центров (рис. 5). Энергетическое расстояние междуΣ(Π) − ∆ определяет величину расщепления уровней из-за спин-орбитального взаимодействия (∆ ). Определены величины расщеплений из-за спин-орбитального взаимодействия (∆ ) и кристаллического поля ∆ состояний электронов и дырок со спином дляпримесных атомов. При этом установлено, что в кристаллах 2 (48 ) ∆ для , и имеют одинаковые величины. Для экситонов, связанных на центрах , величина∆ > ∆ , а для имеет место обратная зависимость - ∆ < ∆ .

Обнаружена интерференция излучения при анигиляции свободных экситонов с излучением экситонов,связанных на аксиальном центре. Основные результаты по главе 1 опубликованы в [1–10].Глава 2. Бирефракция и структура энергетических зон кристаллов2 5 .В §2.1 и §2.2 обсуждаются вопросы, связанные с дисперсией оптического вращения,бирефракции и зонной структурой тетрагональных кристаллов в области края фундаментального поглощения. В кристаллах дифосфида кадмия обнаружено подавление естественной гиротропии кристаллов.

Здесь же представлены результаты исследования бирефракции в дифосфидах кадмия и цинка и предложены модели энергетических зон в15области края фундаментального поглощения. Установлено, что спектральные зависимости показателей поглощения и преломления для поляризаций ‖ ( ‖ ) и ⊥ ( ‖ ),а также ‖ ( ‖ ) и ‖ ( ‖ ), при некоторых длинах волн пересекаются (рис. 6).Рис. 6: (A) - Спектры поглощения кристаллов 2 толщиной 7.3 мкм в поляризованномсвете. Спектры краевого поглощения (B), интерференции пропускания (C) кристаллов2 (48 ) в поляризациях ‖ , ‖ и ‖ при температуре 300 К.Показано, что непрямые переходы в экситонную зону являются неполяризованнымии происходят из зоны 1 в зону Γ1 .

При энергиях фотонов больших энергии непрямыхпереходов край поглощения формируется прямыми разрешенными переходами Γ1 → Γ1или Γ2 → Γ2 в поляризации ⊥ (2.2727 эВ при 2 К в 2 и 2.403 эВ в 2 (48 ))()()и переходами между зонами с симметрией Γ1,2,3,4 → Γ2,1,4,3 , Γ5 → Γ5 и Γ1,2 → Γ1,2 вполяризации ‖ (2.3087 эВ при 2 К кристаллов 2 и 2.445 эВ в 2 (48 )).5Рис. 7: Спектральные зависимости пропускания для кристаллов 2 (2ℎ) (А,В) и2 (С).В §2.3 и §2.4 представлены результаты исследования бирефракции моноклинных кри5сталлов 2 (2ℎ) и 2 в области края поглощения по спектрам поглощения и отра-жения в поляризованном свете и интерференции обыкновенных и необыкновенных лучей.16Определены оптические функции и построены энергетические диаграммы этих кристаллов(рис. 7).

Рассчитаны расщепления энергетических зон из-за спин-орбитального взаимодействия и кристаллического поля..Рис. 8: Спектры отражения кристаллов 2 в поляризованном свете (1 ÷ 6 эВ) при77 К и неполяризованном свете (6 ÷ 10 эВ) при 300 КВ §2.5 - §2.9 представлены результаты исследований спектров отражения кристаллов52 , 2 (48 ), 2 (2ℎ) и 2 в фундаментальной области поглощения.

Опреде-лены энергии прямых электронных переходов и проведена локализация их в актуальныхточках зоны Бриллюэна в соответствии с теоретическими расчетами структуры энергетических зон. Интерпретация электронных переходов по спектрам отражения проведенав сопоставлении с аналогичными спектрами 3 2 . В точках высокой симметрии зоныБриллюэна Γ, и энергетическая величина расщепления валентных зон из-за спин— орбитального взаимодействия ∆ больше, чем из-за кристаллического поля ∆ . Поспектрам отражения в области 1 ÷ 10 эВ, на основе соотношений Крамерса — Кронига,рассчитаны оптические функции , , 1 , 2 , and2 2.

2На рис. 8 - 11 представлены спектрыотражения и поглощения дифосфидов цинка и кадмия и диарсенида цинка.В §2.10 рассмотрены особенности строения валентной зоны исследуемых кристалловпо оже спектрам. Установлено, что энергетические положения особенностей оже — линийфосфора в соединениях 2 (48 ), 2 , 4 согласуются с особенностями рентгеновских эмиссионных линий фосфора в этих соединениях и с рассчитанными зонными схемами тетрагональных 2 и 2 . При этом энергетическая структура валентной зоны4 близка к структуре валентной зоны 2 , а валентные зоны в кристаллах 25и 2 (2ℎ) имеют не менее двух подзон, максимумы плотностей занятых состояний вкоторых разделены энергетическим промежутком ∼ 17 эВ и ∼ 16 эВ соответственно.

В17Рис. 9: Спектры отражения кристаллов 2 (48 ) в поляризованном свете (1 ÷ 6 эВ) при77 К и неполяризованном свете (6 ÷ 10 эВ) при 300 К.Рис. 10: Спектральная зависимость коэффициента отражения и коэффициента5поглощения в кристаллах 2 (2ℎ).верхней подзоне 2 имеются два максимума плотности состояний, различающиеся по5энергетическому положению на ∼ 3 эВ. Верхняя подзона в 2 (2ℎ) имеет ширину неболее 10 эВ.Близость энергетической ширины основной оже — линии фосфора в соединениях 2 ,2 , 4 к ширине рентгеновских эмиссионных спектров фосфора объясняется в рамках предположенной модели оже-процесса с участием электронов не менее, чем из двухэнергетических подзон валентной зоны. Основные результаты по главе 2 опубликованыв [1, 3, 7, 11–17].18ГЛАВА 3. Фотоэлектронная эмиссия и фотоэлектронные явленияв структурах металл -5), 2 (48 ), 2 .2 , 2 (2ℎВ §3.1 рассматриваются физикохимические свойства поверхности кристаллов 2 , 2 , 2 и 4 .Методами оже — электронной спектроскопии изучены процессы на поверхности и в приповерхностной области полупроводников при термической обработке кристаллов и после химического и ионного травления поверхностиРис.

11: Спектры отражения кристаллов2 в интервале энергий 0.9 ÷ 6.0 эВ при77 К и в интервале 6 ÷ 11 эВ при 300 К.(рис. 12). Установлено поведение адсорбированных атомов углерода и кислорода на поверхности после химической об-работки и температурных прогревов в вакууме, а также после воздействия активной плазмы. Определены технологические режимы получения чистых поверхностей с составами,близкими к стехиометрическим, для исследования процессов фотоэлектронной эмиссии ввакуум, создания состояния ЭОЭС на поверхности и получения поверхностно-барьерныхструктур на основе этих полупроводников.Установлены корреляции между физическими и структурными свойствами поверхности в процессе технологических операций.

Показано, что прогрев тетрагональныхкристаллов 2 при температурах (200 ÷450) Cведет к росту концентрации основныхносителей заряда в кристаллах — типа проводимости и к инверсии знака проводимостив приповерхностной области в кристаллах — типа проводимости.В §3.2 рассматривается влияние ионной бомбардировки поверхностей кристаллов52 (48 ), 2 (2ℎ), 3 2 , 2 , 2 и4 на поверхностные свойства. Определеноизменение элементного состава поверхности вРис. 12: Оже — спектры с поверхностинеобработанных кристаллов 2 5 (а) ипосле обработки в полирующихтравителях (б).результате травления поверхности ионами аргона, обусловленное различием коэффициен19тов распыления элементов соединений. Установлено, что температура отжига для каждогоиз рассматриваемых кристаллов должна равняться той, при которой начинаются испарение фосфора (мышьяка) и обогащение поверхности атомами цинка (кадмия).

Разработанрежим очистки поверхности, включающий температурный отжиг и травление поверхностиионами аргона, при котором достигается наилучшая очистка поверхности от загрязненийи сохраняется стехиометрический состав поверхности.В §3.3 рассматриваются методы понижения работы выхода наповерхности — типа 2 и4 , а также 2 и 2 электронной и дырочной проводимости.

Разработана методика процесса активирования поверхности полупроводника из молекулярных иионных источников цезия, калия,натрия и кислорода, при которомРис. 13: Спектральное распределение квантовоговыхода 2 : : а — после прогрева передактивированием при температурах, C: 1 — 90, 2 —180, 3 — 250, 4 — 350; б — 2 : − до (1) ипосле прогрева образца при температурах, C: 2 —90, 3 — 180, 4 — 250 и после прогрева при 350 Cинанесения − (5).оптимальные соотношения компонентов активационного слоя определялись по максимуму фотоэмиссионного тока. Исследованы фототоки после температурных воздействий на активированные поверх-ности.