Введение к работе
Актуальность темы диссертации определяется необходимостью объяснения и прогнозирования свойств полупроводников, легированных центрами с глубокими уровнями, при внешних воздействиях (изотропная и одноосная деформация, магнитное поле) Неослабевающий интерес к полупроводникам с глубокими примесными центрами обусловлен существованием у них целого ряда физических свойств важных с точки зрения их практического использования. В последнее время расширился класс полупроводниковых соединений, увеличилось число дефектов, которые можно отнести к глубоким центрам, дальнейшее развитие получили методы расчета их электронной структуры.
Существуют два подхода к рассмотрению процессов, происходящих в полупроводниках с участием глубоких примесей, - микроскопический и модельный феноменологический. В микроскопической теории был достигнут значительный прогресс в понимании электронных состояний примесных центров (в частности, имеющих незаполненные d-оболочки), а также мультиплетной структуры уровней. Но, так как в этом случае электронные состояния находятся численными методами, их использование для анализа конкретных физических явлений затруднительно, особенно при многообразии воздействий на центры.
Поэтому в диссертации рассмотрение тех или иных экспериментальных данных базируется на использовании метода эффективного (эквивалентного) гамильтониана, в котором внешние воздействия трактуются как малые операторные добавки к основному гамильтониану центра. Структура гамильтониана определяется требованиями симметрии, а его параметры (константы деформационного потенциала) берутся из сопоставления с опытом. Немаловажным преимуществом такого подхода является сохранение физической наглядности рассматриваемых вопросов и простота интерпретации экспериментальных результатов. Цель и задачи работы состоят в следующем:
1. В объяснении пьезоспектроскопических свойств глубокого акцептора SiIas в GaAs в
рамках одной модели центра.
-
В рассмотрении влияния внешней одноосной деформации на проявление электронно-колебательного взаимодействия в примесных комплексах полупроводниковых кристаллов
-
В выяснении влияния случайных полей на структуру нейтрального акцептора и поляризацию люминесценции при переходах зона проводимости - акцептор в условиях внешней деформации
Научная новизна работы состоит, во-первых, втом, что в отличие от предшествующих исследовали впервые удалось объяснить все известные пьезоспектроскопические данные по центру Sdas в GaAs в рамках единой модели.
Во-вторых, удалось исследовать вид и поведение адиабатического потенциала примесного центра для полупроводников кубической симметрии с tj основным термом в поле внешней пе-формации и определить количественно величину одноосной лтЬопмягтии. при которой происходит подавление тригональных ян-теллсровских искаже!Ь#в&т«Аи»»014АЛЬНА1» 1 .,
БИМИОиКА I
уадаа
В-третьих, если влияние случайных полей на характеристики низкотемпературной люминесценции в предыдущих работах рассматривалось в основном эмпирически и при анализе экспериментальных результатов сводилось к введению эффективной температуры, превышающей температуру реального эксперимента. В данной работе предлагается модель описания деполяризации, в которой учтено влияние на этот эффект кулоновского поля случайно расположенных заряженных центров, а вид функции их распределения получен из первых принципов.
Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в том, что предлагаемая модель глубокого центра Sn/u в GaAs может способствовать дальнейшему развитиютеории примесных полупроводников с глубокими центрами.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в следующем:
- Рассчитанная величина нагрузки, при которой происходит подавление эффекта Яна-
Теллера, позволяет в экспериментальных условиях определить, какой вид искажений является
преимущественным в данном центре полупроводника, и оценить величину энергии внутренних
искажений.
- Предлагаемый в работе способ учета влияния полей, создаваемых заряженными примес
ными центрами, позволяет определить концентрацию неконтролируемой примеси.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Модель глубокого примесного центра Бпді в GaAs, согласно которой замещение мышь
яка атомом олова ведет к возникновению в запрещенной зоне полупроводника двух близлежащих
Га-уровней - основного и возбужденного, дает возможность объяснить экспериментальные данные
по смещению линии и поляризации рекомбинационного излучения в поле внешней деформации
Р||[0С1]иР||[Ш].
2. Эта же модель объясняет экспериментальные данные по рекомбинации экситона, свя
занного на акцепторном центре SllAi в GaAs. Зависимость сдвига экситонной линии от величины
давления Р для случаев Р||[001] И Р[[[П1] с учетом обменного взаимодействия дырок центра и эк
ситона, полученная в рамках модели удовлетворительно согласуется с экспериментом.
3. Внешнее одноосное давление Р||[001] приводит к углублению и смещению минимума адиабатического потенциала на ось [001] в случае взаимодействия с тетрагональными искажениями (Е-типа) и к подавлению виброннсго взаимодействия при некоторой деформации в случае взаимодействия с тригональными искажениями (F-типа). И, наоборот, одноосная деформация Р||[111] подавляет тетрагональные искажения при определенном давлении и приводят к углублению и смещению минимума АП на ось деформации в случае взаимодействия с искажениями F-типа.
4. Предлагаемая модель учета влияния кулоновского поля случайно расположенных заряженных центров на основное состояние акцептора позволяет оценить концентрацию заряженных центров в полупроводнике. Оценка концентрации про «водится при сопоставлении рассчитанных в данной модели поляризационных характеристик люминесценции придавлений вдоль оси [100] с экспериментальными данными при низких температурах.
Апробация работы. Отдельные результаты диссертации на Всероссийской конференции «Химия твердого тела и новые материалы» (Екатеринбург, 1996г.), на VII международной научно-технической конференции (Череповец, 1997г.), на Международной конференции OS-98 (Ульяновск, 1998) и обсуждались на научных семинарах кафедры теоретической физики и астрономии -ЧГПИ им. А. В. Луначарского, кафедры физики ЧГУ, кафедры физической электроники РГПУ им. АИ. Герцена.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано четырнадцать печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения и четырех глав, изложенных на 104 страницах машинописного текста. Она содержит 16 рисунков и список литературы из 91 наименования. Общий объем диссертационной работы 111 страниц.
