Диссертация (1149385), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В предлагаемой модели донорные уровни формировались атомами кислорода, акцепторные – дислокациями. При исследовании сращенных пластин кремния методами DLTS ифотолюминесценции были выдвинуты предположения о переходах между глубокими и мелкими уровнями определяемыми из DLTS, а соответствующие им по энергиям линии фотолюминесции получаются простым алгебраическим сложением положений уровней [81,82]. В работах[9,68] авторы предполагали, что носители заряда захватываются одномерными мелкими зонами,и при движении вдоль этих зон носители могут захватываться на более глубокие уровни, рекомбинируя через которые формируется линия D1 (рис. 1.16 (Б)).
В работах по пассивации глубоких уровней водородом было отмечено, что уменьшение концентрации глубоких уровней ведёт к увеличению излучательной рекомбинации через мелкие уровни, возможно ответственныеза линию D1 [83–85]. Опираясь на экспериментальные данные коллектив авторов в работе [86]предлагает для объяснения природы линии D1 модель взаимодействующих в незаполненномсостоянии нейтральных уровней. В предложенной модели при захвате зарядов на донорные иакцепторные уровни исчезает кулоновское притяжение, и, следовательно, энергия излучательного перехода повышается.
+ + − → 0 + 0 + ℎ1.3.2.3. Люминесценция дефектов в бинарных полупроводникахДислокационное излучение (ДИ) в бинарных полупроводниках A2B6, A3B5 и SiC такжеактивно исследовалась параллельно работам по изучению ДИ в Ge в Si. Остановимся на 3 основных свойствах ДИ: вид спектра, влияние типа дислокации и строения ядра дислокации, участие дефектов упаковки.Общим свойством ДИ как для элементарных полупроводников, так и для бинарных, является набор узких линий люминесценции при температурах 2-80 К [4,5,87,88]. В частности, вCdS ДИ включает в себя 5 линий, две из которых 2.447 эВ и 2.437 эВ имеют явно выраженнуюдуплетную структуру при 6 К, которая вырождается при температуре 80 К.
В случае CdTe иZnSe также появляются серии линий, названные Y и S соответственно, имеющие сложнуюструктуру [5,88] при температурах меньше 35 K. В подавляющем большинстве случаев предлагаемой моделью ДИ выступает экситон, связанный на дислокационных уровнях.32Из-за наличия двух типов атомов в элементарной ячейке атомное строения дислокацийи, следовательно, электронные и оптические свойства разных типов дислокаций (α и β, двух частичных) могут значительно отличаться друг от друга.
Так в работах [27,89] при изучении дислокационной структуры CdTe было продемонстрировано, что дислокации имеющие Cd ядроявляются центрами безызлучательной рекомбинации, а дислокации с Te ядро является источником излучения с энергией 1.47 эВ (рис. 1.17 (А)). Подобная ситуация наблюдается и для частичных дислокаций в SiC, где обе дислокации являются излучательными центрами, однаконаблюдается большая излучательная способность частичной дислокации с Si ядром, нежели с Сядром [90,91].(А)(Б)Рис. 1.17 (А) Панхроматическая КЛ карта дислокационной розетки в CdTe [27], (Б) Картыфотолюминесценции SiC, записанные на длине волны 450 нм (дефект упаковки) и700 нм(частичные дислокации) [92]Отдельно следует выделить оптические свойства частичных дислокаций и образовавшихся дефектов упаковки (ДУ) в гексагональном SiC.
В этом материале возможно образованиеДУ макроскопических размеров, что позволяет получать карты распределения интенсивностиизлучения с пространственным разрешением достаточным для выделения люминесцентныхсвойств каждого из указанных дефектов кристаллической структуры. На рис. 1.17 (Б) приведены карты фотолюминесценции в гексагональном 4Н-SiC [92], зарегистрированные на длиневолны излучения 450 нм (2.75 эВ) и 700 нм (1.8 эВ), соответствующие излучению ДУ и частичных дислокаций соответственно.
Важно отметить, что энергия излучения ДУ значительноменьше, чем ширина запрещённой зоны, что обусловлено меньшей шириной запрещённой зоныв кубической прослойке по сравнению с гексагональной, но превосходит таковую для частичных дислокаций, а также, что энергия излучения однослойных I1 ДУ и двуслойных I2 ДУуменьшается с их толщиной, 2.94 эВ и 2.46 эВ соответственно [93].
Более детально зависимостьспектров излучения ДУ от их толщины была исследована в GaN, что будет подробно описано впоследующем разделе.В заключение следует упомянуть о недавнем наблюдении специфической люминесценции тетраэдров ДУ в кубическом GaAs [44,87], которые являются прослойками гексагональной33фазы с большей шириной запрещённой зоны, но вследствие свойственной такой фазе спонтанной поляризации формирует двойной заряженный слой, который локализует электроннодырочные пары. Этот факт ещё раз подтверждает важность учёта специфических свойств дефектов упаковки в формировании свойств расщепленных дислокаций.1.3.2.4.
Рекомбинационно усиленное скольжение дислокаций (REDG)Рекомбинационно усиленное скольжение дислокаций (англ. Radiation/Recombinationenhanced dislocation glide (REDG)) – распространённый феномен, наблюдаемый в большинствеполупроводников, связанный с увеличением скорости движения дислокаций при генерациинеравновесных носителей тока под воздействием света, электронов или в p-n переходах припрямом смещении (рис.
1.18 (А)). Maeda и Takeuchi [94] при исследовании скорости дислокаций как функции от интенсивности облучения I и напряжения в монокристаллах GaAs получили следующую экспериментальную формулу = () ∗ exp (−) + () ∗ ∗ exp (−), (5)где – постоянная Больцмана, – энергия активации без воздействие (в темноте), – прикладываемое сдвиговое напряжение, , – преэкспоненциальные факторы, обычно линейнозависящие от .
= − ∆ – энергия активации при облучении, – интенсивность тока илидругого внешнего воздействия, генерирующие неосновные носители. Увеличение скоростидвижения дислокаций характеризуется уменьшением энергии активации и предэкспоненциального фактора, которое становится наиболее заметным при низких температурах. Накоплениеэкспериментальных данных позволило сформулировать следующие факты свойственныеREDG:1) увеличение скорости наблюдается только ниже критической температуры, 2) эффект(А)(Б)Рис.
1.18 (А) REDG эффект. Изменение скорости дислокаций без облучения (чёрные точки),при облучении электронным лучом (белые точки) для As(g) дислокаций в GaAs.(Б) Элементарный процесс движения дислокации по механизма Пайерлса [95]34является обратимым, 3) энергия активации при облучении не зависит от интенсивности облучения, 4) скорость дислокаций подчиняется уравнению Аррениуса с энергией активации, котораяуменьшается при возбуждении, а 5) преэкспоненциальный фактор линейно увеличивается смощностью излучения при малых интенсивностях, но имеет насыщение при больших интенсивностях. Насыщение при высокой интенсивности облучения вероятнее всего связано с ограниченным числом центров рекомбинации e-h пар, обеспечивающих движение дислокации [32].Отсутствие влияния интенсивности облучения на энергию активации Ei и увеличениепреэкспоненциального фактора Vi при воздействии излучения характерно для рекомбинационно усиленной реакции точечных дефектов в полупроводниках.
В основе данного механизма лежит безызлучательная рекомбинация избыточных носителей тока через уровни дефекта, чтовызывает интенсивное его взаимодействие с фононами, и избыточная энергия затрачивается надвижение данного дефекта. Для объяснения REDG эффекта принято рассматривать элементарные процессы, происходящие при скольжении дислокаций. Для перемещения дислокации в соседнее атомное положение ей необходимо преодолеть внутренний потенциал, так называемыйпотенциал/барьер Пайерлса.
Преодоление барьера достигается двумя последовательными процессами: 1) образование двух перегибов на линии дислокации и 2) их последующее движениевдоль дислокации (рис. 1.18 (Б)). Образованные перегибы как раз и могут быть теми самымицентрами безызлучательной рекомбинации e-h пар активно взаимодействующие с фононами,вследствие чего понижается энергия активации скольжения дислокации, наблюдаемая экспериментально.Основываясь на REDG модели исследователи ДИ в CdS предлагают схожий механизмдля объяснения наблюдаемого мерцания ДИ [6,15] в диапазоне температур 4.2-78 К. Авторыпредполагают, что за ДИ в CdS ответственны домены, переориентирование которых происходит при движении дислокации по механизму Пайерлса.Изучение REDG феномена позволило объяснить деградацию SiC p-i-n диодов [90], и какодин из вариантов деградации светодиодов на основе GaN REDG [96,97].Следует отметить ещё одну модель распространения дефектов упаковки так или иначесвязанную с явлением REDG, предложенную Caldwell [98] и Pirouz [92].
В данных работах авторы предлагают концепцию квази-уровня Ферми, суть которой заключается в следующем. Вовремя внешнего воздействия (облучение светом, прямое смещение на диоде) термализация носителей внутри зон происходит значительно быстрее межзонных переходов и по достижениюлокального равновесия можно воспользоваться представлением о квази-уровнях Ферми. Вовремя переходного периода положение квази-уровня Ферми оказывается выше положения дефекта упаковки, и, следовательно, захват электронов на данные уровни понижает общую энергию кристалла и стимулирует увеличение размеров дефекта упаковки.
После отключения35внешнего воздействия достигается глобальное равновесие (межзонное) и уровень Ферми вновьявляется единым для электронов и дырок, а распространение дефекта упаковки прекращается.1.4. Краткий обзор данных по свойствам нитрида галлия1.4.1. Кристаллическая и энергетическая структура нитрида галлияGaN – полупроводник группы А3В5, который может кристаллизоваться в три различныекристаллические структуры: вюрцит, цинковая обманка и каменная соль [99].
При термодинамических условиях роста GaN и его тройные соединения AlGaN, InGaN формируют термическистабильную гексагональную структуру вюрцита. Другие две формы, цинковой обманки и каменной соли, являются метастабильными, то есть характеризуются большей энергией кристаллической структуры.Кристаллическая решётка структуры вюрцита GaNимеет следующие параметры а = 3.189Å, с = 5.185Å [101].Нитрид галлия является прямозонным полупроводником сшириной запрещённой зоны Eg при комнатной температуре3.39 эВ и 3.48 эВ при 4 К.Нитрид галлия относится к группе кристаллов безцентра инверсии. Как следствие, напряжения могут вызватьотклонения от идеальных тетраэдрических координат, чтоприводит к пьезоэлектрической поляризации. Точечнаягруппа симметрии вюрцитной структуры имеет одну полярную ось, что приводит помимо пьезоэффекта к спонтаннойполяризации кристаллической решётки, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
