Исследование зонной структуры легированного антимонида галлия
Целью настоящей работы является исследование изменений зонной структуры антимонида галлия при гидростатической и одноосной деформациях кристалла, при легировании примесями различного типа, и влияние деформации и легирования на электрические и фотолюминесцентные свойства полупроводника. Комплексные пьезоспектроскопические и гальваномагнитные исследования, проведенные в работе, дополняют друг друга… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНТИМОНИДА ГАЛЛИЯ ОБЗОР)
- I. I. Зонная структура антимонида галлия
- 1. 2. Примесные уровни
- 1. 3. Упругая деформация и ее влияние на энергетическую структуру зон
- I. I. Зонная структура антимонида галлия
- 2. 1. Сведения об образцах
- 2. 3. Оптическая установка, измерения степени циркулярной и линейной поляризаций
- 3. 1. Кристаллы антимонида галлия, легированные Те в условиях гидростатической деформации
- 3. 2. Кристаллы антимонида галлия, легированные селеном в условиях гидростатической деформации
- 4. 1. Нелегированные кристаллы антимонида галлия
- 4. 2. Фотолюминесценция вырожденных кристаллов CdSt р-типа. ои
- 4. 3. Спектры фотолюминесценции кристаллов антимонида галлия п-типа
- 4. 4. Перестройка энергетического спектра антимонида галлия под действием одноосной деформации
- 4. 5. Линейная поляризация люминесценции в условиях одноосной деформации
- 5. 1. Измерение времени жизни с помощью метода оптической ориентации. Ю
- 5. 2. Времена жизни излучательной рекомбинации вырожденных кристаллов р-тшха
- 5. 3. Оже-рекомбинация в CdS-i п-типа. Ю
Исследование зонной структуры легированного антимонида галлия (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Соединения группы AgBg в последние годы привлекают внимание исследователей как материалы, перспективные в оптоэлектро-нике. В частности, на основе этих соединений изготавливаются источники когерентного излучения и фотоприемники в широком спектральном диапазоне [l, 2j. В этом плане одним из наиболее интересных материалов является антимонид галлия. Перспективы 'его использования связаны с тем, что длина волны краевого излучения (поглощения) этого материала лежит в спектральной области, соответствующей минимальным потерям используемых в настоящее время линии волоконной связи 1,55 тм[3 J. Это же соединение представляет значительный практический интерес и дня использования его в традиционной полупроводниковой электронике .
С другой стороны этот материал является интересным объектом для исследования оптических свойств полупроводниковых кристаллов. Особенности зонной структуры антимонида галлия, а именно, наличие близко расположенных к основному дополнительных минимумов зоны проводимости, примерное равенство величины спин-орбитального расщепления Д ж ширины запрещенной зоны Ер и др., выделяют этот материал из ряда соединений А3В5. Так, например, создание в нем’одноосных деформаций, легко достижимых экспериментально, производит инверсию экстремумов зоны проводимости, переводя этот полупроводник из «прямозонного» в «не-прямозонный», позволяя, таким образом, изучать свойства полупроводников разного типа на одном объекте. С другой стороны, условие, А — Е^. является уникальным для исследования Оже рекомбинации.
Целью настоящей работы является исследование изменений зонной структуры антимонида галлия при гидростатической и одноосной деформациях кристалла, при легировании примесями различного типа, и влияние деформации и легирования на электрические и фотолюминесцентные свойства полупроводника.
Основными методами исследования являлись спектральные и поляризационные измерения излучательной рекомбинации. Этот метод является одним из наиболее эффективных методов изучения зонной структуры полупроводника, природы линий фотолюминесценции и энергетического распределения носителей тока.
Комплексные пьезоспектроскопические и гальваномагнитные исследования, проведенные в работе, дополняют друг друга и позволяют избежать недостатков, присущих каждому методу в отдельности. Сопоставление результатов, полученных различными методами, придает им большую достоверность.
Практическое значение вопросов, рассмотренных в диссертации, связано с широким использованием оптических и фотогальванических явлений в различных типах полупроводниковых приборов.
Оптические исследования позволяют измерять такие важные внутренние рекомбинационные параметры полупроводника, как времена жизни и спиновой релаксации носителей заряда, поляризационные измерения — константы деформационного потенциала. Особое значение придается этим характеристикам при оптимизации и прогнозировании оптоэлектрических приборов, а именно, при оценках внутреннего и внешнего квантовых выходов люминесценции.
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.
Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:
1. Дроведено объяснение формы низкотемпературных спектров люминесценции вырожденных прямозонных полупроводников р-типа и их зависимость от степени легирования. Впервые показано, что форма спектров таких кристаллов полностью определяется правилом отбора по волновому вектору для межзонных излучательных переходов.
2. Проведено исследование влияния гидростатического давления на коэффициент Холла в кристаллах антимонида галлия, легированных селеном и теллуром в широком интервале концентраций. Из анализа экспериментальных результатов были определены: а) энергия ионизации примесных резонансных уровней селена, свях занных с-минимумом зоны проводимости, Est = (235±3) мэВ, б) скорость сближения / - и Lминимумов зоны проводимости оГивп/,.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Список литературы
- Корольков В «И*, Михайлова М, П.
- Лавинные фотодиоды на основе твердых растворов полупроводниковых соединений А3В5. ФГП, 1983, т.17, М, с.569−578,
- Law H.D., Nakano К., Tomasseta L.R., Harris J.S. Ionization Coefficients of GaQ ^ A1qb Avalanche Photo-detectors. Appl.Phys.Lett., 1978, v.33, N2, p.94−8-950.3. Stillman G.E.
- Heat Infrared Detectors for Fiber Optics. Int.Electr.Dev.Meet., Washington, D.C., 1979, p.638−642.4. Zhang H.J., Callaway J.
- Energy-Band Structure and Optical Properties of GaSb. Phys.Rev., 1969, v.181, N3, p.1163−1172. 3. Becker W.M., Romdas A.R., Pan H.J.
- Energy Band Structure of Gallium Antimonide. J.Appl.Phys., 1961, v.32, N10, p.2094−2102.
- Cardona M. ' Fundamental Reflectivity Spectrum of Semiconductors with Zinc-Blende Structure. J.Appl.Phys., 1961, v.32, N10, p. 2151−2155.
- Zwerdling S., Lax В., Button К., Roth L.M. Oscillatory Magneto-Absorption in Gallium Antimonide IA-1149. J.Phys.Chem.Solids, 1959, v.9, N3, p.320−324.
- Hakiharon it., Sobhanadri J.
- Experimental Investigation of Conduction Band of GaSb. Phys.Rev., 1960, v.117, N1, p.93−101.
- Averous M., Beignot G., Galas J., Cherner J. Study of the III Conduction Band of GaSb. Pbys.Stat.Sol., 1970, v.37, N12, p.807−817.
- Liang G.J., Piller H., Stierwalt D.L.
- Faraday Rotation Spectral Emittance and Hall Effect of Gallium Antimonide. Appl.Phys.Letters, 1968, v.12, N1, p.14. Szlehk K., Wlukiewicz W.1.vestigation of the Conduction Band in n-Шуре GaSb. Pbys.Stat.Sol.(b), 1971, v.48, N1, p. E15-K18. 4
- Basinski J., Kwan C.C.Y., Wooley J.C.
- Conduction Band Parametres in GaSb from High-Temperature Transport Measurement. Canad. J.Phys., 1972, v.50, N11, p. 1068−1077.16. Gruetin P., Schreder G.
- Tunneling Spectroscopy and Band-Structure. Phys.Rev. B, 1972, v.6, N10, p.3816−3835.
- Брандт Ы, Б, Дешшев C, B, Мощалков В, В», Рылик А"С", Чуданов С"М" Исследование перестройки энергетического1. Jгспектра у GaSb (Те) под действием давления, ЖШ, 1981, т.81, вш"2, с"743*-755″
- Kosicki В.В., Jagaraman A., Paul W.
- Conduct ion-Band Structure of GaSb from Pressure Experiments to 50 kbar. Phys.Rev., 1968, v.172, N3, p.764−772.j19. Wooley J.O.
- High-Q}emperature Hall Effect in GaSb. Canad. J.Phys., 1966, v.44, N11, p.2709−2714.20. Bordure G, 1. vestigation of the Energy Band Structure of GaSb by Semi-Empirical Kolm-Rostoker Method. Phys.Stat.Sol., 1969, v.31, N2, p.673−680.21. Пол B#
- Примесные уровни, связанные с несколькими экстремумами зоны проводимости" Труды IX Международной конференции по физике полупроводников" Наука, Ленинград, 1969, т"1″ с.17*-28"22. Zhang H.J., Callaway J.
- Calculation of the Band Structure of GaSb Using a Nonlocal Pseudopotential. Sol.St.Commun., 1968, v.6, N8, p.513−518.
- Cardona M., Shaklee K.L., Pollak P. Electroreflectance at a Semiconductor-Electrolyte Interface, Phys.Rev., 1967, v.154, N3, p.696−720.24. Johnson B.J., Pan H.J.1.purity and Exciton Effects on the Infrared Absorption1. Edges of III—V Compounds.
- Phys.Rev., 1965, v.139,N За, A 1981-A 2003.
- Wepfer G.G., Collins T.G., Enrvema R.N.
- Calculated Spin-Orbit Splittings of Some Group IV, III-Vand II-VI Semiconductors.
- Phys.Rev. Б, 1971, v. N7, p.1296−1j06.26. Braunstein R., Kane E.O.
- The Valence Band Structure of the III-V Gompounds. J.Phys.Chem.Sol., 1962, v.25, N10, p.1423−1431.27. EfferD., Etter P.J.
- An Investigation into the Apparent Purity Limit in Gallium Antimonide. J.Phys.Chem.Solids, 1964, v.25, N4, p.451−460.28. Van der Menlen Y.J.
- Growth Properties of Acceptor Centres. J.Phys.Chem.Solids, 1967, v.28, N1, p.25−32.
- Jakowetz W., Ruhle W., Breuninger K., Pilkune N.B. Luminescence and Photoconductivity of TJndoped p-GaSb. Pbys.Stat.Sol.(a), 1972, v.12, N1, p.169−174.
- Johnson E.J., Pan H.Y., Pilinski I.
- Absorption and Emission of Excitons and Impurities in GaSb. Proceedings of the International Conference on the Physics of Semiconductors, Exeter, July 1962, London, p.375−381.
- Bate R.T., Dexter R.D., Reid P.T. Residual Acceptors and Ion Pairing in GaSb. Bull.Amer.Phys.Soc., 1963, v.8, N3, p.214−219.32. Habegger M., Pan H.I.
- Optical and Electrical Studies of Electron-Bombarded GaSb. Phys.Rev., 1965, v.138, N1a, p. A156−164. 33″ Campos M.D., Gouskov A., Gouskov L., Pous J.C.
- Recombination Radiation in Natural and Compensated GaSb. Phys.Stat.Sol.(a), 1970, v.2, N4, p.779−783. 34. Краузе A.C., Шретер Ю.Г.
- Фотолюминесценция Р~ GaSb в условиях одноосного сжатия. п Ш, 1971, т.5, вып. Ю, с, 1912−1916, 33* Буль А. Я., Бир Г. Л., Шмарцев Ю"В#
- Донорнне состояния серн в антимониде галлия* ФШ, 1970, т.4, выпД2, с.2331−2338.
- Буль А.Я., Голубев А, В., Полянская Т. Н., Шмарцев Ю. В. К вопросу о структуре зоны проводимости GaSb. ФЕТ, 1969, т. З, № 2, C.30I-607.37. Kosicki В.В., Paul W.
- Evidence for Quasilocation States Associated with High-Energy Conduction-Band Minima in Semiconductors. Phys.Rev.Lett., 1966, v.17, p.246−235.
- Кюрегян А, СМ Стучебникова B.M., Юнович А. Э. фотолюминесценция антимонида галлия при большом уровне возбуждения. II «сильно легированный GaSb •
- ФГП, 1972, т.6, вып.2, с#287"*292.
- Брандт Н.Б., Демишев CfB#, Дмитриев А.А., Мощалков В. В», Комова Э#М#, Ермакова Н.Г.
- Примесные донорные состояния в GaSb (Se). ФТП, 1983, т.17, вып.4, с.664672,.
- Pistoulet B.V., Robert J.L., Barjon D. Determination of the Tellurium Donor Level in Gallium An-timonide. Solid State Commun., 1970, v.8, N11, p.897−900.41. Bate R.T.
- Evidence for a Selenium Donor Level above the Principal Conduction Band Edge in GaSb. J.Appl.Phys., 1962, v. 33, N2, p.26−32.
- Филипченко A, G, Большаков Л .П., Бай М., Дмовский Л*
- Исследование антимонида индия в условиях гидростатического давления. Ш1, 1980, т#14, вып"7, оД432~1434.43. Porowski.S.
- Cisnieniowa Radania Transportu Electronowego w n-InSb. Prace IFPAN, N24, Warzawa, 1972, 79 c.44. Ru-Yih Sun, Becker S.
- Band Inversion and Transport Properties of Ir-Minimum n-GaSb (Те). Phys.Rev. B, 1974, v.10, N8, p.3436−3450. 45- Kuong Hoo, Becker S.
- Resonant and Bound Impurity States in n-GaSb (Se) from Pressure Dependence of Hall Effect and Resistivity at 77K. Phys.Rev.В, 1976, v.14, N12, p.5372−5382.46. Вир ГД*9 Пикус Г#Е,
- Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках. Наука, М, 1972, 584 с. 47. Bardeen J.
- Pressure Change of Resistance of Tellurium. Phys.Rev., 1949, v.75, N11, p.1777−1778.48. Herring C.
- Transport Properties of a Many-Valley Semiconductor. Bell System Tech.J., 1955, v.34, N2, p.237−290.49. Herring C., Vogt E.
- Transport and Deformation-Potential Theory for Many-Valley Semiconductors with Anisotropic Scattering. Phys.Rev., 1956, v.101, N3, p.944−951.50. Pollak P.H.
- Effects of Uniaxial Stress on the Optical Properties of Semiconductors. Proc.Int.Conf.Phys.of Semicond., Cambridge, r Mass., 1970, p.407−417.51. Пикус Г. Е", Вир ГД.
- Влияние деформации на энергетический спектр дырок в германии и кремнии. ФГТ, 1959, т#1, № II, с.1642−1958.52. Вир ГД., Пикус Г. Е.
- Теория деформационного потенциала для полупроводников сосложной зонной структурой.
- ФЕТ, I960, т.2, В 9, с.2287−2301.53. Вир ГД., Пикус Г. Е.
- Влияние деформации на энергетический спектр и электрические свойства полупроводников типа inSb • ФГТ, 1961, т. З,? 10, с.3050−3069.
- Szlerik К., Walukiewicz W.1.vestigation of the Conduction Band in n-Type GaSb. Pbys.Stat.Soli, 1971, v. 48, N1, K15−18.
- Галаванов B.B., Наследов Д. Н., филипченко А.С. Исследование механизма рассеяния электронов в чистых и легированных кристаллах.
- ФГТ, 1964, т.6, * 9, с.2683−2686.56. Зеегер К*физика полупроводников, Мир, М., 1977, с. 615.57. Woelk G., Benz К.W.
- Gallium Antimonide ПРЕ Growth from Ga-Rich and Sb-Rich Solutions.
- J.Cryst.Growth, 1974, v.27, H1, 177−182.
- Кюрегян A.C., Лазарева И. К., Стучебников В.М", Юнович А. Э. Фотолюминесценция антимонида галлия при большом уровне воз~ буждения. I. Слабо легированный GaSb «1.J
- ФШ, 1972, т. 6, вып#2, с.242−247.59» Hopfield J.J.
- The Quantum Chemistry and Bound Excitation Complexes. Proc. 7th Int. Conf .Phys.Semicond., Paris, 1964, p.725−737-
- Райе Т., Хенсел Дж., фшшшс Т., Томас Г* Электронво~дырочная жидкость в полупроводниках. Мир, М., 1980, 349 с.
- Ruhle W., Bimberg D., Jakowetz W., Linmbach R. Radiative Decay of Bound Excitons in GaSb.
- J.Luminescence, 1976, v.12, Ж13″ p.501−507.62. Cusano R.
- Radiative Recombination from GaAs Directly Excited by Electron Beams.
- Solid State Commun., 1964, v.2, Ж2, p. 353−358. 63″ Панков Дж.
- Оптические процессы в полупроводниках. Мир, М", 1973, с. 150.
- Наследов Д.Ж., Негрескул В «В., Царенков Б. В. Излучательная рекомбинация в слабо и сильно легированномp-GaAs. ФШ, 1969, Т. З, вып.8, сД207*-1214"65. Mott. ш. Р.
- The Metal-Insulator Transition in Extrinsic Semiconductor. Adv.Phys., 1972, v.21, N94, p.785−823.
- Абдурахманов КД., Мжрахмедов Ш., Темабаев А., Худайберди-ев С.С. Особенности распределения плотности состояний в сильно легированном p-GaAs .
- ФШ, 1976, т. Ю, вып.4, с.658−664.
- Шкловский Б.И., Эфрос А.А.
- Электронные свойства легированных полупроводников.-. I, -?1. Наука., M., 1979, 321 с.
- Рогачев А, А, Саблина HtHf
- Рекомбинационное излучение сильно легированного германия. ФГТ, 1966, т.8, Ш, of866*870.69. Combescot М., Nozieres P.
- Condensation of Excitons in Germanium and Silicon. J.Phys. C., 1982, v.5, N17, p.2369−2391.70. Casey H.C.,» Stern P.
- Consentration Dependent Absorption and Spontaneous Emissionof Heavily Doped GaAs.
- J.Appl.Phys., 1976, v.47, N2, p.631−643.
- Зверев Д.П., Негашев С, А, Кружаев B.B., Миньков Г. М#0 механизме изменения ширины запрещенной зоны в сильно легированном арсениде галлия. Ш, 1977, т. П, вып.6, с.1017−1021,72. Ансельм А. И#
- Введение в теорию полупроводников. Наука, М., 1978, 616 с. 73* Рыбкин С. М., Фишмаи И. М., Шретер Ю.Г.
- Особенности излучательной рекомбинации носителей тока, разделенных отталкивающим барьером. Ш, 1971, т.5, вып.6, c. I2I2-I2I6. 74. Ландау Л Д., Лифшиц Е. М.,
- Квантовая механика. Физматгиз, М, 1968, 702 с. 75* Эбелинг В., Крефт В., Кремп Д.
- Теория связанных состояний и ионизованного равновесия в плазме и твердом теле. Мир, М., 1979, 362 с. 76. Filipcheriko A.S., Bolshakov L.P., Naurizbaev А., Braginskaya A.G., Popkov A.N.L
- Moss-Burstein Effect in n-Type Gallium Antimonide Crystals. Phys.Stat.Sol., 1978, v.48, Ж2, К 115−117.
- Овчинников В, Д., Мирлин Д. Н., Никитин Л .П., Нерель В. И, Решила И, И, Сакс В.Ф.
- Деполяризация горячей фотолюминесценции в магнитном поле в кристаллах арсенида галлия. Определение времен энергетической релаксации горячих электронов. ЖЭГФ, 1981, т.80, вш, 8, сД766−1778.
- Баранский П.И., Клочков В .П., Потникевич И. В. Полупроводниковая электроника* Справочник. «Наумова думка», Киев, 1975, 705 с.
- Аверкиев Ы.С., Филипченко А.С, Чайкина Е.И.
- Природа линий излучения нелегированного антимонида галлия. ФГП, 1982, т.16, вып.7,с1273~1275.
- Filipchenko A.S., Kurenkeev Т.В., Bolshakov Ъ.Р., Chaikina E.I. Photoluminescence of Heavily Doped n-Type Gallium Antimonide.
- Phys.Stat.Sol. (a), 1978,.v.48, Ж2, p.281−285.
- Аснин B"M#, Вир Г. Л., Ловиасов Ю. Н., Пикус Г. Е., Рогачев А.А.
- Поляризация экситонной люминесценции во внешнем магнитном поле. ЖЭТФ, 1976, т.71, вып.64, с.1600^1609.
- Векуа В Д., Дкиоев Р. Й., Захарченя Б. П., Ивченко Е. Л., Флейшер В. Г. Поляризация люминесценции и расщепление акцепторных уровней при деформации в кубических кристаллах. ФГТ, 1975, т.17, № 4, C. I096-IIGB.83. Вир ГД., Пикус Г. Е.
- Поляризация рекомбинационного излучения биэкситонов в деформированном германии.
- Г ФГТ, 1975, тД7, №"5, СД284−1297.
- Гарбузов Д.З., Екимов А.И#, Сафаров В#й. Измерение времени жизни и времени спиновой релаксации электронов в полупроводниках методом оптической ориентации. Письма в ЖЭТФ, 1971, тДЗ, выпД, с"36"40.
- Сафаров В.И., Титков А. Н., Ермакова НД., Комова Э, М#, Миронов И"Ф", Чайкина Е*И,
- Спиновая релаксация электронов проводимости в вырожденных кристаллах GaSb р"типа# Механизм Бира-Аронова-Пикуса. ФГТ, 1981, т.23, MI, с.3337−3343.
- Benoit С. a la Guillaume, Lavallard P.
- Piezoemission of GaSb: Impurities and Bound Excitons. Phys.Rev. B, 1972,-v.5, N12, p.4900−4910.
- Гарбузов Д.З., Халфин B.B# f Трукан М. Щ, Агафонов В"Г", Абдуллаев А, Температурная зависимость эффективности и времени излучательных переходов в прямозонном полупроводник ке типа GaAs ФГП, 1978, тД2, вып.7, c. I368~I379,
- Алферов Ж"И", Андреев В, М*9 Гарбузов Д.3*9 Трукан М*К, Излучательная рекомбинация в эпитаксиальном компенсированном арсениде галлия" ФТП, 1972, т.6, выпДО, с.2015−2026,89. Dumke W.P.
- Optical Transitions Involving Impurities in Semiconductors. Phys.Rev., 1963, V.132, N5, p.1998−2002.
- Hang A., Kerhoff D., Lochman W.
- Calculation of Auger Coefficient for III-Y Semiconductors with emphasis on GaSb.
- Phys.Stat.Sol., 1978, v.89, N2, p.357−365.
- Михайлова М.П., Рогачев А.А, Яосиевич И, Н,
- Ударная ионизация и Оже-рекомбинация в. inAs • ФШ, 1976, т. Ю, вш. И, 0.1480−1486,92. Takeshima М.
- Auger Recombination in InAs, GaSb, InP and GaAs. J.Appl.Phys., 1972, v.45, N10, p.4114−4118. 93* Takeshima M.
- Effect of Electron-Hole Interaction on the Auger Recombination Process in a Semiconductor. J.Appl.Phys., 1973, v.46, N7, p.3082−3088. 9^. Гельмонт БД., Соколова З. И", Яссиевич И.Н.
- Оже-рекомбинация в прямозонных полупроводниках рутила. ФГП, 1982, T. I6, вш.2, с.592599.
- Гарбузов Д.З., Гельмонт БД", Соколова З.И., Халфьш В"Б. Оже-рекомбинация в вырожденной электронно".дырочной плазме в inGaAsP InP гетероструктурах.
- Конференция по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах. Одесса, 1982, т. Н, с.29*31.
- Титков А. Н", Бенеманская Г. В., Илуидзе Г. Н#
- Времена межзонной Оже^-рекомбинавди с участием спинюрбиталь-но отщепленной валентной зоны в кристаллах GaSb р-^типа. Письма в ЖЭТФ, 1981, т.34, вып.8, с.430И34.
- Крюкова И.В., Лескович В.И, Матвеенко Е.В.
- Оже-рекомбинация в GaSb и её влияние на характеристики лазеров. ЖТФ, 1982, т.52, вып. Ю, с.2095−2097.98. Benz G., Conradt R.
- Auger Recombination in GaAs and GaSb, Phys.Rev., 1977, v.16, N2, p.843−851.
- Clark A.H., Burnham OS., Chadi D.J., White R.M.
- Spin Relaxation of Conduction Electrons in A1 Ga^^As. Phys.Rev., 1975, v.12, N12, p.5758−5765*