Диссертация (1149385), страница 18
Текст из файла (страница 18)
При Т = 70 К излучение «чистого» кристалла представлено узким пиком3.47 эВ с полушириной порядка 14 мэВ, ассоциируемого с излучением свободного экситона FE(англ. Free Exciton). Помимо указанной линии на спектрах при 70 К наблюдаются две малоин-(А)(Б)Рис. 4.1 (А) Панхроматическая КЛ карта вблизи царапины на базисной поверхности GaN. (Б)КЛ спектр а винтовых дислокаций при Т = 300 К и Т = 70 К85тенсивные линии - с энергией максимума 3.4 эВ и линия с энергией 3.3 эВ. Согласно литературным данным первая из них является экситоном, связанным на структурных дефектах поверхности [140], в а вторая – вероятнее всего является комбинацией излучения второго LOфононного повторения свободного экситона и первым LO-фононным повторением пика 3.4 эВ(энергия оптического LO фонона в GaN 92 мэВ [140]). Далее в тексте линии 3.4 и 3.3 эВ не будут обсуждаться, т.к.
это выходит за рамки данной диссертационной работы, а линия 3.47 эВбудет обозначаться как FE или NBE (англ. Near Band Edge emission).Синие кривые на рис. 4.1 (Б), как уже было сказано выше, получены в областях с большой плотностью а-винтовых дислокаций. Далее на спектрах линия, связанная с дислокационным излучением, будет обозначаться как DRL (англ. Dislocation Related Luminescence). Хорошовидно, что а-винтовые дислокации при комнатной температуре имеют собственную широкуюполосу излучения с энергией 3.1 эВ и полушириной ~ 110 мэВ.
При охлаждении образца до T =70 К DRL линия сдвигается в высокоэнергетическую сторону и расщепляется на две компоненты: 1) низкоэнергетическую 3.166 эВ DRLL (англ. Low energy) и 2) высокоэнергетическую3.2 эВ DRLH (англ. High energy). В обоих случаях линия DRL превышает в несколько раз интенсивность FE в деформированной области.На рис.
4.2 более подробно представлены спектры DRL при температуре 70 К. Ширинаэнергетического расщепления линий DRLH и DRLL составляет здесь 33-35 мэВ. На рис. 4.2 (А)отчётливо видны фононные повторения DRL-LO каждого из пиков дублета, отстоящие на значения ~92-95 мэВ. Стоит отметить, что полуширина (англ. full width at half maximum (FWHM))пика DRLH равна 14-15 мэВ и идентична полуширине свободного экситона. В тоже время пикDRLL имеет несколько большую полуширину ~ 20-22 мэВ, и при детальном изучении (рис.4.2. (Б)) имеет явно выраженное низкоэнергетическое плечо, т.е.
компонента DRLL, по-(А)(Б)Рис. 4.2 Спектры дислокационного излучения при Т = 70 К86видимому, состоит из минимум двух неразрешённых линий, обозначенных на рис. 4.2 (Б) какDRLL1 и DRLL2.Дуплетную структуру DRL можно интерпретировать двумя способами. С одной стороны, дуплет может быть свойством одной дислокации, с другой стороны – излучение от нескольких дислокаций в некотором диапазоне энергий свойственных DRL. Результаты, представленные на рис.
4.3, свидетельствуют в пользу первого предположения. На вставке на рис.4.3 (А) показаны две точки «pt 1» и «pt 2», в которых были записаны представленные спектры.Местоположение этой дислокации было вдали от укола, где спектральное положение FE совпадало с положением в области без дислокаций, то есть в отсутствие остаточных механическихнапряжений, вызванных пластической деформацией. Из КЛ спектров (рис. 4.3 (А)) видно, чтоформа пиков в этих двух точках идентична, и состоит из двух хорошо разделённых узких линийпочти равной интенсивности. Интенсивность обоих компонент в точке 2 (красная пунктирнаялиния) примерно в два раза выше чем в точке 1 (чёрная сплошная линия). С другой стороны,полуширина профиля интенсивности поперёк дислокации в точках «pt 2» и «pt 1» примерноодинакова ≈1 мкм (рис. 4.3 (Б)).
Почти удвоенная разница интенсивности и довольно близкаяполуширину профилей дислокаций в двух точках можно объяснить, предполагая, что в точке 2имеются две близко расположенные дислокационные линии и только одна дислокация в точке1. Из приведённых данных следует, что дуплетная структура DRL линии и форма каждой изкомпонент дуплета являются свойствами одиночной а-винтовой дислокации и не являются характеристикой группы дислокаций.
Из профилей интенсивности а-винтовых, построенных изданных КЛ панхроматической карты, в предположении о пренебрежимой малости размера области генерации были оценены значения диффузионной длины неосновных носителей тока, Ldif, по формуле() − = exp(−/ )),где Imax – интенсивность сигнала на дислокации, Ibackground – интенсивность фонового сигнала, r –расстояние от точки максимума профиля КЛ интенсивности.
Оценённая из данных рис. 4.3 (Б)Ldif варьировались в пределах 200-400 нм, что по порядку величины хорошо согласуется с литературными данными для подобных образцов [157,175]. Двукратная разница в полученных величинах на участках с одиночной и двойной дислокациями может быть объяснена различием вэффективном размере области генерации по глубине, который не учитывался.Как уже было отмечено выше (рис. 4.2) одним из свойств DRL излучения является то,что компонента DRLL заметно шире, чем DRLH и состоит из двух неразрешённых линий.
Разложение дуплета 3-мя линиями Лоренца (черные пунктирные линии в спектрах DRL) показалохорошее совпадение с экспериментальной формой спектра. В соответствии с разложением, ком-87(А)(Б)Рис. 4.3 (А) Спектры дислокационного излучения от одиночных дислокаций, (Б) Профили интенсивности КЛ сигнала в точках «pt 1» и «pt 2». Vac=9 keVпонента DRLH представляет собой одну лоренцовскую линию, совпадающую по полуширине сизлучением свободного экситоном, FWHM которого равна 12 мэВ. В свою очередь линия DRLLхорошо аппроксимируется двумя линиями: высокоэнергетической DRLL1 и низкоэнергетической компонентами DRLL2, которые имеют полуширины порядка 12 мэВ и 24 мэВ, соответственно.
Аналогичные параметры были получены для спектра двух дислокаций в точке 2. Различие энергии между двумя неразрешёнными компонентами DRLL, полученное для наилучшихрезультатов, варьировалось от 9 до 13 мэВ.На рис. 4.4 представлены нормированные на максимум спектры DRL с дислокаций,внедрённых на с- и m- плоскостях. Из приведённых спектров следует важный факт, что формалиния для базисной (синяя кривая) и призматической (красная кривая) плоскостей остаётсясхожей, что говорит о том, что оптическиесвойства а-винтовых дислокаций скользящих в с- и m- плоскостях идентичны. Представленные на рис. 4.4 спектры были получены при ускоряющем напряжении 30 кВ.Область генерации КЛ в таком случае имеетдиаметр около 2.5 мкм, в пределах которойвариация механических напряжения вблизиукола является значительной (см.
рис.4.7),что приводит к размытию энергетическогоположение линий DRL линий.Остановимся на рассмотрении спек-Рис. 4.4 Спектры а-винтовых дислокаций скользящих в призматической (красная кривая) и вбазисной (синяя кривая) плоскостяхтральных особенностей дислокационного излучения в объёмных кристаллах GaN с различной88концентрацией свободных электронов (n), а именно 4·1016, 3·1017 и 8·1018 см-3. На рис. 4.5 (А)представлены спектры а-винтовых дислокаций (сплошные линии) и бездислокационной областей (пунктирные линии) для каждого из кристаллов. Необходимо отметить, что этот эксперимент проводился с фиксированными настройками микроскопа для всех трёх кристаллов, чтодаёт возможность сравнивать абсолютные значения интенсивностей всех линий.
Рассмотримследующие три величины для каждого из кристаллов: 1) интенсивности DRL и FE пиков, 2)энергетическое расщепление DRL линии и 3) энергетическое положение DRL относительно FE.1.Для кристалла с n = 4·1016 см-3 интенсивность DRL не превышает значения FE. При этоминтенсивность FE в деформированной области падает в примерно в 3 раза относительнобездислокационной области.
При панхроматическом КЛ картировании в этом кристалледислокации имели тёмный контраст. В кристалле с n = 3·1017 см-3 интенсивности пиковDRL больше чем в кристалле с n = 4·1016 см-3, а интегральная интенсивность DRL в немуже превышает интенсивность FE даже вдали от деформированной области более чем в 2раза. В кристалле 8·1018 см-3 интенсивность DRL сопоставима со значением FE, однако абсолютная интенсивность как DRL, так и FE значительно падает в сравнении с предыдущими кристаллами, что вероятнее всего связано с безызлучательной оже-рекомбинациейнеравновесных носителей.
Зависимости интегральных интенсивностей DRL, FE в деформированной области и FE в исходном кристалле от концентрации свободных электроновпредставлены графически на рис. 4.5 (Б).2.Энергетическое расщепление линий DRL измерялось из спектров, полученных для15 различных точек для каждого из кристаллов. На зависимостях рис. 4.5 (В) и (Г) квадратами обозначены средние значения, крестами – максимальное и минимальное значениенабора данных для одного образца. Для всех трёх кристаллов ΔE = DRLH-DRLL изменялась от спектра к спектру в практически одинаковых интервалах, из чего можно заключить, что величина ΔE слабо зависит от концентрации свободных электронов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
