Электронная структура дефектов и их взаимодействие в арсениде галлия, легированном марганцем

• Автор: Михрин, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 138 c. : ил

1. ДЕФЕКТЫ СТРУКТУРЫ В АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

1.1 Идеальный кристалл арсенида галлия

1.2 Собственные дефекты в арсениде галлия

1.3 Состояние 3 {^-элементов в арсениде

галлия

1.4 Постановка задачи

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ И ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ^МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ

2.1 Выращивание монокристаллов арсенида галлия, легированных марганцем

2.2 Характеристика исследованных образцов

2.3 Метод ЭПР

2.4 Измерение статической магнитной восприимчивости

2.5 Расчет электронной структуры дефектов
2.6 Выводы
3. ИЗУЧЕНИЕ ОДИНОЧНЫХ ЦЕНТРОВ МАРГАНЦА В АРСЕНИДЕ
ГАЛЛИЯ
3.1 Экспериментальные данные по ЭПР кубического
центра марганца
3.2 Результаты измерения статической магнитной восприимчивости и данные по ЭПР неионизованного центра марганца
3.3 Модель центра арсениде галлия
3.4 Выводы

4. СПИН-СПИНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В АРСЕНИДЕ
ГАЛЛИЯ, ЛЕГИРОВАННОМ МАРГАНЦЕМ
4.1 Магнитное диполь-дипольное взаимодействие
4.2 Обменное взаимодействие
4.3 Состояния типа "спинового стекла"
4.4 Выводы
5. ИЗУЧЕНИЕ СЛОЖНЫХ ПРИМЕСНЫХ КОМПЛЕКСОВ С
УЧАСТИЕМ МАРГАНЦА В АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ
5.1 Результаты исследования комплексов
симметрии С
5.2 Обсуждение результатов
5.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ I
ПРИЛОЖЕНИЕ

Несмотря на то, что арсенид галлия в настоящее время можно отнести к числу наиболее изученных соединений, интерес к нему исследователей не ослабевает. Это вызвано прежде всего практическим применением данного материала в СВЧ и оптоэлектронике. Причем по мере совершенствования данных типов приборов все более важным становится не только изучение простых дефектов замещения, но и изучение взаимодействия этих простых дефектов, как примесных, так и собственных, с образованием сложных центров.
Большую роль в изготовлении приборов на основе арсенида галлия играет как намеренное легирование переходными элементами группы железа, в частности компенсирование хромом для получения полу-изолирующего материала, так и остаточные примеси этой группы. Из ряда 3 с(-элементов примесь марганца характерна тем, что она создает акцепторный уровень глубиной 0,1 эВ, это позволяет использовать ее для создания, например, датчиков температуры, работающих в широком диапазоне.
Для изучения электронной структуры дефектов и их взаимодействия не случайно среди 3 с|-элементов был выбран марганец. Ядерный момент изотопа равен 5/2 и за счет сверхтонкого взаимодействия мы видим расщепление каждой линии тонкой структуры в спектре ЭПР на шесть характерных линий, которые легко идентифицируются.
Это позволяет изучать методом ЗПР все сложные дефекты, связанные с марганцем. Причем следует отметить, что 3 с/5-об од очка марганца является устойчивой и достаточно сильно локализованной. Таким образом, марганец довольно близок, имея два 4э валентных электрона, к обычным акцепторам. Это придает особую ценность исследованию электронной структуры этого центра, так как позволяет изучать процесс компенсации арсенида галлия и связанный с ним процесс образования
2.6. Выводы
1. Создана лабораторная установка для выращивания монокристаллов арсенида галлия методом горизонтальной направленной кристаллизации.
2. Выращены монокристаллы арсенида галлия, контролируемо легированные марганцем в диапазоне концентраций 3 10^ - 3 10^ см~^. При выращивании проведено двойное легирование марганцем и мелким донором, а также марганцем и мелким акцептором.
3. С помощью методов дифракции рентгеновских лучей, просвечивающей ИК-микроскопии, а также при проведении металлографических исследований, изучено совершенство полученных монокристаллов.
4. В диапазоне температур (77 - 400) К изучена температурная зависимость концентрации носителей и их подвижности с целью предварительной характеристики образцов.
5. Осуществлена программная реализация метода непрерывных дробей применительно к примесным дефектам в арсениде галлия.
6. Получены новые теоретические результаты по примесным дефектам в арсениде галлия, легированном марганцем. Показано, что одноэлектронные энергии ^-орбиталей междоузельного атома марганца располагаются на 0,5 эВ ниже таковых для марганца в позиции замещения галлия. Определены энергии расщепления в кристаллическом поле симметрии уровня симметрии для различных примесных комплексов: 4*