Состояния переходных элементов в фосфидах галлия и индия

• Автор: Пасечник, Людмила Павловна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 145 c. : ил

1. Локальный метод расчета электронной структуры
глубоких центров
1.1. Метод непрерывных дробей и расчет электронной структуры глубоких центров
1.2. Определение параметров спектра ЗПР ка основе метода непрерывных дробей
1.2.1. Расчет ^-фактора
1.2.2. Ширина линии ЭПР
2. Описание экспериментальных методик
2.1. Основные характеристики спектрометра
ЕИ 2200 -ОН
2.2. Методика измерений параметров спектров ЭПР
2.3. Измерение времени парамагнитной релаксации
2.4. Методика измерений спектров оптического поглощения
3. Экспериментальные исследования переходных элементов группы железа в фосфиде индия и галлия
3.1. Электронные состояния примесей ванадия и хрома в кристаллах 1п Р
3.2. Электронная структура межузельного центра железа Ре (Зс13) в СгаР
3.3. Исследование центра никеля в фосфиде галлия
3.4. Межузельные центры никеля в &аР<М.г> и кобальта в I пР<Со>
Выводы
Литература
- 3 *»
Решение проблемы глубоких центров в кристаллах А и продолжает оставаться одной из главных задач физики твердого тела и в настоящее время. Неослабевающий интерес к изучению глубоких центров, которые образуются примесными или собственными дефектами структуры, объясняется как возрастающими требованиями полупроводникового материаловедения, так и необходимостью создания единой удовлетворительной теории для изучаемых центров.
В настоящее время пока не существует единой теории глубоких центров, но используются четыре основных подхода к теории глубоких уровней в полупроводниках: обобщенный метод эффективной массы, метод псевдопотенциала,1 методы функции Грина (например, метод непрерывных дробей) и квантовохимические методы.
Изучение электронной структуры данных центров проводится более 20 лет. За это время опубликовано несколько обзоров [1-4], состоялось 5 конференций [5-9] , а также, кроме большого числа оригинальных работ, появился ряд обзоров: Пантелидеса [10] и Яроша [II] по теории дефектов, Кауфмана и Шнейдера [12-14] по оптической и ЗПР спектроскопии глубоких дефектов в соединениях А"В", а также монография Омельяновского и Фистуля [15], обзор В.Ф.Мастерова [16].
В ходе решения проблемы примесных состояний возникла необходимость уточнить само понятие "глубокий центр". Традиционно под глубоким центром понимали примесный атом, создающий в кристалле состояния с энергией ионизации, сравнимой с шириной запрещенной зоны кристалла. Теперь глубокими центрами в широком смысле следует считать центры, создающие в кристалле состояния с энергией ионизации, сравнимой с шириной запрещенной зоны кристалла и сильной локализацией носителей заряда, или иначе - центры с локальным потен-

циалом.
Такими примесями являются, например, переходные элементы группы железа, имеющие незаполненную сі-оболочку.
Исследования глубоких центров ведутся в различных кристаллах: АСг03 , германии, кремнии, соединениях А2&6 , А 5“ и других.
./ЇЇ Г
Несмотря на большое число публикаций по соединениям А"о" остается спорным предположение о третьем состоянии железа в фосфиде галлия, кроме того, электронные состояния никеля в фосфиде галлия, ванадия, хрома и кобальта в фосфиде индия мало освещены в латературе и требуют дальнейшего изучения. Поэтому цель представляемой работы заключалась в следующем:
1. Установить электронную структуру центров ванадия и хрома и энергии их возбужденных состояний в фосфиде ИНДИЯ.
2. Идентифицировать линию ЭПР с ^ = 2,131 в кристаллах 6аР<Ге>.
3. Изучить механизмы спин-решеточного взаимодействия меж-узельного центра железа и центра замещения никеля в фосфиде галлия.
4. Исследовать механизмы оптической перезарядки центра замещения никеля в фосфиде галлия.
5. Определить источники двухкомпонентных спектров ЭПР в кристаллах боР<А/і> и 1и,Р<Со>.
Ионы с незаполненной о(-оболочкой, находясь в кристаллической решетке, сохраняют неравный нулю суммарный момент количества движения. Обусловленный этим парамагнетизм центров дает возможность эффективно использовать резонансные методы, в частности, метод электронного парамагнитного резонанса, для исследования состояния введенных в полупроводник примесей. Этот метод чувствителен к изменениям зарядового и магнитного состояния отдельных центров. Нам удалось показать этим методом, что в фосфидах галлия и

обходимо учитывать влияние конфигурации атомных ядер на энергию электронов. При этом предполагается, что в процессе поглощения конфигурация ядер не успевает измениться, но перед излучением они занимают равновесное положение, соответствующее возбужденному состоянию электрона, и энергия электрона изменяется, а следовательно, и энергия излучаемого кванта при переходе в основное состояние уменьшается (рис.II). Это допущение, известное под названием принципа Франка-Кондона, объясняет большой красный сдвиг люминесценции с участием примесных состояний. Если при этом возбужденное состояние 4Т2 центра /2+(Зо13) попадает в зону разрешенных энергий (при 0. ~ 0), то этим можно объяснить температурную трансформацию спектра оптического поглощения в кристаллах 1пР , наблюдавшуюся экспериментально.
Относительно широкая линия оптического поглощения в ХуьР<Сг> приписывается внутрицентровым переходам центра Сгг+(Зо^).
При этом имеются в виду вибронные состояния терма ГЕ [52] . Возбужденное состояние центра Сг2+ отщеплено от основного на 0,825 эВ. Различие в значениях энергий оптического поглощения и люминесценции для Сг 2+ , по-видимому, объясняется так же, как
для центра Vг+ . Центры ванадия и хрома лучше всего исследованы в кристаллах 0&А$ , легированных этими примесями. Проведем сравнительный анализ соответствующих спектров оптического поглощения ванадия и хрома в ХкиР и в-аАь . Как видно из рис.9,
12, 13, по форме линии поглощения в фосфиде индия совпадают со спектрами, полученными на кристаллах Сг&Л$ и (}аЛ5<Сг> [46, 53 ] . Однако их энергетическое положение несколько отличается от положения аналогичных линий в арсениде галлия: при Т- 15 К центр тяжести в спектре IпР находится при К4/= 1,05 эВ, а в < V > при М - 1,1 эВ; в 1и,Р <Сг> при Ц* = 0,825 эВ, а в ОаА$<Сг> при У) = 0,91 эВ.