Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясы
Жоспар
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5
І. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясы
1. Индий антимонидінің қоспа күшті ендірілген кристалдарын зерттеу ... ... ..8
2. Индий антимонидінің рекомбинациялық
сәулеленуі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...9
1.3 Галлий антимонидінің зоналық құрылымының
ерекшеліктері ... ... ... ... ... .1 2
1.4 Галлий антимонидінің кристалдарының
фотолюминесценциясы ... ... ... ...1 3
1.5 Гетероструктураларда ішкі кернеудің пайда болу
себептері ... ... ... ... ... ... .1 6
1.6 Дислокацияның пайда
болуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .19
1.7 InAs және GaSb негізінде алынған қатаң ерітінділердің
люминесценциялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ..21
ІІ. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясын
зерттейтін қондырғының сипаттамасы
2.1 Таңдау және үлгілерді
дайындау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...24
2.2 Фотолюминесценцияны зерттеу үшін қондырғының
сипаттамасы ... ... ... .24
ІІІ. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясын
зерттеу нәтижелері
3.1 n - типті индий антимонидінің қоспа ендірілген кристалдарының
фотолюминесценциясының спектрлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
3.2 Қоспа ендірілген галий антимонидінің кристаллдарының
фотолюминесценциясын
зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...35
3. GaSb(Se) кристалының фотолюминесценциясына бір осьті деформация
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.4 In As Sb PIn As градиентті структураларындағы қалдық деформацияны
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .41
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 43
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Кіріспе
Ғылым мен техника салаларында жартылай өткізгіш материалдан
жасалған құралдарды және қондырғыларды қолдану кеңінен өріс алуда.
Техникалық прогресстің өркендеп даму кезеңінде жартылай өткізгіштердің
маңызы ары қарай арта түсетіні бәрімізге белгілі.
Кейбір материалдарға жартылай өткізгіштік қасиеті аморф күйінде де
сұйық күйінде де тән болады. Сұйық жартылай өткізгіштер ғылым саласында
қызықтырғанына қарамастан техника саласында аса көп қолданылмайды. Техника
саласында қолданылатын жартылай өткізгіштердің көпшілігі кристалдардан
тұрады.
Жартылай өткізгіштің анықтамасы заттардың электр өткізгіштік
қасиеттеріне негізделген. Әдетте жақсы электр өткізгішті материал ретінде
металдар қарастырылады, оның меншікті электр өткізгіштігі ден жоғары
болады. Меншікті өткізгіштігі ге тең және одан кіші болған материалдар
изоляторға (диэлектриктерге) жатады. Меншікті электр өткізгіштігі
арасында болатын материалдар жартылай өткізгіштерге жатады. Бұл анықтама
жартылай өткізгіштерді зерттеу ғылымының дамуына және оның түрлі
қасиеттерін толығымен анықтаған сайын жеткіліксіз екендігін көрсетеді.
Металдардың жартылай өткізгіштерден айырмашылығы меншікті
өткізгіштіктің шамасымен анықталмайтындығын, ал ол меншікті өткізгіштіктің
температураға байланыстылығының сипаттамасымен анықталатынын
А.Ф. Иоффе көрсеткен болатын.
Жартылай өткізгіштер электролиттерден зарядтарды тасымалдаушының
түрлерімен ерекшеленеді: жартылай өткізгіштерде тоқ электрондар арқылы, ал
электролиттерде – иондар арқылы тасымалданады. А.Ф. Иоффенің анықтамасына
сәйкес жартылай өткізгіштерге электр өткізгіштігі электрондардың
тасымалдануы арқылы жүзеге асатын және өткізгіштігі температураның өсуіне
байланысты артатын материалдар жатады. Қазіргі кезде көп мөлшерде қоспа
ендірілген жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі температура өскенде
өспейтіндігі және төтенше өткізгіштік құбылысы болмайтындығы анықталып
отыр.
Қоспалардың әсерінен жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі артады.
Қоспаның әсерінен пайда болған өткізгіштікті қоспалы өткізгіштік деп
атайды. Кейбір қоспа жартылай өткізгіштердегі электрондар санын көбейтсе,
ал басқа біреулері кемтік санын көбейтеді.
Жұмыстың өзектілігі:
Бұл жұмыста индий мен галий антимонидтерінің қоспа ендірілген
кристалдарын зерттеу қарастырылған. Индий антимониді зоналық құрылымының
ерекшеліктерімен қатар концентрацияның үлкен интервалында монокристалдар
алу мүмкіндігінің болуымен ерекшеленеді . Индий антимониді жақсы
зерттелген жартылай өткізгіштің түрі болып есептеледі. Дегенмен, индий
антимонидінің фотолюминесценциясының зерттеуге арналған жұмыстар аз,
негізінен электрондардың концентрациялары аз кристалдар ғана
зерттелген. Қоспасы күшті ендірілген индий антимонидінің
фотолюминесценциясын зерттеу бойынша мәліметтер жоқ. Қоспа концентрациясы
болатын қоспа ендірілген индий антимонидінің кристалдарының
фотолюминесценциясын тереңірек зерттеудің маңызы зор. Индий антимонидінің
қоспа ендірілу дәрежесі артқан сайын оның фотолюминесцентік спектрінде
ерекшеліктер байқалумен қатар қоспаның табиғатына және ендірілу дәрежесіне
байланысты көптеген қызықты эффектілердің пайда болатынын көрсетеді. Қоспа
күшті ендірілген кристалдардағы сәулелену процестерін зерттеу
концентрациясы болғанның өзінде өткізгіштік зонасының параболалық
заңдылықтан ауытқып, Ферми энергиясы тиым салынған зонаның еніне
жуықтайтындығын көрсетеді.
Галий антимонидінің негізгі минимумға жақын орналасқан өткізгіштік
зонасының қосымша минимумы бар, сондай - ақ спин орбитальды
ыдырауының шамасы тиым салынған зонаның еніне шамамен тең. Бұл галий
антимонидін А3В5 қосылыстарының бірқатарынан ерекшелейді.Мысалы, бір ості
деформация нәтижесінде өткізгіштік зонасының экстремумдарының инверсиясын
жасауға болады. Галий антимониді жартылай өткізгішті оптоэлектроникада
қолданылатын ең қызықты материалдардың бірі болып табылады. Оны қолданудың
келешегі бұл материалдың шеткі сәулелену толқынының ұзындығы қазіргі кезде
қолданылатын талшықты байланысты сызығының минималь шығынына сәйкес келетін
спектральды облыста жататындығымен байланысқан. Осы көрсетілген галлий және
индий антимонидтерінің ерекшеліктері жұмыстың өзекті екендігін көрсетеді.
Жұмыстың мақсаты:
Индий мен галлий антимонидтерінің қоспа ендірілген кристалдарының
фотолюминесценциясын зерттеу. GaSв кристалын бір осьті деформациалау
нәтижесінде экстремумын алмастыру нәтижесінде өткізгіштік зонасының
экстремумын алмастыру арқылы L - минимумының кристалдың оптикалық
қасиеттеріне әсерін зерттеу және осы кристалды бір ось бойымен [111]
бағытында деформациялағанда оның өткізгіштік зонасының минимумдарының ығысу
жылдамдығын анықтау.
Ғылыми жаңалығы:
Индий антимонидінің қоспа ендірілген кристалдарының
фотолюминесценциясын қарастыру n – типті индий антимонидінің қысқа
толқынды сәулелену сызығы Ферми денгейінде орналасқан электрондардың
валенттік зонаның төбесіндегі кемтіктермен рекомбинациялануы нәтижесінде
пайда болатындығын көрсетті. GaSb кристалын бір осьті деформациялау
нәтижесінде оның зоналық құрылымының әр түрлі параметрлері яғни өткізгішті
зонасының Г және L – минимумдарының деформация потенциалдарының тұрақтылары
анықталды.
Практикалық құндылығы:
Жұмыста қарастырылған сұрақтар ғылыми мақсатымен қатар үлкен
практикалық маңыздылығы барлығын оптикалық және фотолюминесценциялық
құбылыстардың жартылай өткізгіш құралдарда кеңінен қолданылуы көрсетеді.
Қарастырылған кристалдарды қолдана отырып когеренттік сәулелену көздері
және кең спектральдық диапозондағы фотоқабылдағыштар дайындалады. Бұл
кристалдарға практикалық қызығулар олардың жартылай өткізгіштер
электроникасында кең қолданылумен де байланысты.Галлий антимониді әдеттегі
жартылай өткізгішті оптоэлектроникада пайдаланылатын ең қызықты
материалдардын бірі болып табылады. Оның қолдану мүмкіндіктері бұл
иатериалдың шеткі сәулелену толқын ұзындығы қазіргі кезде қолданылатын
талшықты байланысты сызығының минималь шығынына сәйкес келетін спектральды
облыста жататындығымен байланысқан.
І. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясы
3. Индий антимонидінің қоспа күшті ендірілген кристалдарын зерттеу
Индий антимониді А3В5 типті жартылай өткізгішті қосылыстардың көбірек
зерттелген түрі. Бұл оның тек ерекше қасиеттерімен ғана емес ( тиым
салынған зонаның ені кішкене электрондардың эффективті массасы аз), сонымен
қатар монокристалдарға қоспаларды кең интервалда (p-типті 1011-1020 см-3, n-
типті 1012-1019 см-3) қосу технологиясының қарапайымдылығымен байланысқан.
Қоспаның үлкен концентрациясы бар, яғни қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарын зерттеудің үлкен ғылыми маңызы бар. Қоспа күшті
ендірілген n-типті индий антимонидінің кристалдарындағы әр түрлі
эффекттерді зерттеу кезінде бірқатар аномалиялар табылады, олар қоспаның
ендірілу дәрежесіне ғана емес, сонымен бірге ендірілетін қоспаның сортына
да (яғни химиялық табиғатына) байланысты.
Қоспа ендірілген n-типті индий антимонидінің кристалдарындағы Холл
коэффициентінің температураға тәуелділігін 400К ( температураларда
зерттегенде n≥1018см-3 кристалдарында Rх-тың аномаль қасиеті байқалады. Бұл
Rх=f(Т) тәуелсіздігін негізгі минимумның түбірінен жоғары жатқан
өткізгіштік зонасының екінші минимумының әсері деп түсіндіруге әрекет
жасалды. Бұл қосымша минимумының параметрлеріне бағалау жүргізіледі.
Әр түрлі донорлық қоспалар бар, қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарында Холл коэффициентінің температуралық
тәуелділіктері едәуір ерекшеленетіні кейінірек анықталды. Бұл құбылыс
өткізгіштік зонасының қосымша минимумдарының әсерімен қаншалықты
байланысса, осы минимумдармен байланысқан қоспалы күймен соншалықты
байланысқан деген болжам айтылды. Бұл күйлер өткізгіштік зонасының негізгі
минимумының түбінен жоғары болады және олардың энергетикалық күйлері
қоспаның сортына тәуелді.
Әдебиетте осы қоспалы күйлердің (әдетте оларды резонансты деп атайды)
индий антимонидінің кристалдарындағы әр түрлі эффектілерге әсерін зерттеуге
арналған бірқатар жұмыстар бар. Әр түрлі донорлық қоспалар бар (теллур,
селен, сера) қоспа қүшті ендірілген индий антимонидінің кристалдарындағы
электрондардың эффективті массасының температураға тәуелділігін зерттеу
кезінде, авторлар [1,2] тәжірибе нәтижелерін өткізгіштік зонасының қосымша
минимумдарымен байланысқан резонансты қоспалы күйлердің әсерін қатыстырып
қана түсіндіре алады. Өткізгіштік зонасының L-минимумдарымен байланысқан
теллурдың, селеннің және күкірттің резонансты қоспалы күйлерінің
энергетикалық күйлеріне бағалау жүргізілді. Гидростатикалық қысым шартында
күшті қоспа ендірілген индий антимонидінде ауысу эффектісін зерттеуге
арналған бірқатар жұмыстар белгілі [1,2,3].
Қоспа күшті ендірілген кристалдардағы (n1018см-3) Холл коэффициентінің
гидростатикалық қысымға тәуелділігі ендірілетін қоспаның сортына
байланысты. Теллур, селен және күкірт ендірілген кристалдар үшін Rx=f(g(
тәуелдіріктерінен өткізгіштік зонасының қосымша (L) минимумдармен
байланысқан осы донорлық қоспалардың резонансты қоспалы деңгейлерінің
энергетикалық күйлері анықталды.
∆Ете=0,6эв; ∆Еse=0,5эв ∆Es=0,4эв
Энергия өткізгіштік зонасының негізгі минимумының түбінен бастап
есептелді. Әр түрлі донорлық қоспалары бар, қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарын гидростатикалық қысым түсіру арқылы зерттеу
нәтижелерін электрондардың қоспа иондарынан, тордың оптикалық, акустикалық
тербелістерінен, шашырау теориясымен түсіндіруге болмайтындығы анықталды.
Тәжірбиелердің нәтижелерін түсіндіру үшін, ендірілетін қоспалардың қасиетін
ескеретін қоспаның қысқа-әсер ететін потенциялындағы шашырауын ескеретін
қосымша шашырау механизмі [4] ендірілген.Әр түрлі донорлық қоспалары бар
[5], қоспа күшті ендірілген индий антимонидінің кристалдарындағы термоЭҚК-
нің үлкен гидростатикалық қысымға байланыстылығын тереңірек зерттеу, жалпы
теориялар шеңберінде түсіндіре алмайтын, бірқатар қызықты аномалияларды
табуға мүмкіндік берді. Электрондардың қозғалғыштығы мен термоЭҚК
гидростатикалық қысымға байланыстылығы резонансты шашырауды, яғни
өткізгіштік зонасының әр түрлі қосымша минимумдарымен байланысқан қысымның
әсерінен резонансты қоспалы күйлердің беттесуін ескеріп түсіндіруге
мүмкіндік болды.
Қоспа күшті ендірілген индий антимонидінің кристалдарына Кейннің
зоналық моделінің қолданбалығын тексеруге арналған бірқатар жұмыстарды айта
кеткен жөн. Осы зерттеулердің нәтижесінде, қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарына Кейннің моделін, қоспаның ендірілу дәрежесінің
Ферми деңгейінің күйіне және тиым салынған зонасының еніне әсерін
ескергенде ғана қолдануға болатындығы анықталды.
4. Индий антимонидінің рекомбинациялық сәулеленуі
Индий антимонидінің рекомбинациялық сәулеленуі әлсіз және қиын
бақыланады. n-типті индий антимонидінің кристалдарының фотолюмин-
есценциясын зерттеу бойынша жүргізілген жұмыстар әдебиетте аз кристалдарды
зерттеуге арналған.
Индий антимонидінің рекомбинациялық сәулеленуін тұңғыш рет Мосс
зерттеді. Ол үшін таза кристалдардан бөлме температурасындағы оптикалық
қозуды пайдаланды. Сәулелену максимумы 7-8 мкм толқын ұзындығына сәйкес
келетін жолақ байқалды. Бұл сызықты автор зонааралық рекомбинациямен
байланыстырады, себебі сәулелену спектрінің максимумының орналасуы таза
индий антимонидінің тиым салынған зонасының еніне жуықтап сәйкес келеді.
Кейінгі жұмыста [6] электрлік инжекция көмегімен индий антимонидінің р-
n алмасуының сәулеленуі зерттелді. 20 К температурада индий антимонидінің
оптикалық сәулелену рекомбинациясын зерттегенде сәулелену максимумы
һ(1=0,234эв және Һ(2=0,200эв болатын екі меншікті сызықтары және
Һ(3=0,216эв, Һ(4=0,230эв болатын қоспалы сызықтары бақыланады.
Жұмыстың авторлары [7] сәулелік ауысулардың қозу деңгейіне тәуелділігін
зерттеді. Қозудың үлкен деңгейінде n-типті индий анитимонидінің таза
кристалдарының фотолюминесценция спектрлерін зерттеп авторлар сәулелену
спектрінің кеңейетінін байқады.
Индий антимонидінің төмен температуралық шеткі люминесценциясын зерттеу
жұмыстарында, жұту шетіне жақын орналасқан интенсивті дублетті жолақ
байқалды. Максимумдар энергиясы қысқа толқынды бөлігіне 0,236 эв және ұзын
толқынды бөлігі үшін 0,233 эв құрайды. Авторлар бұл сызық бейтарап терең
акцептор-экситон комплексінің рекомбинациясының нәтижесі деп тұжырымдайды.
Төмен температураларда индий антимонидінің таза кристалдарындағы
сәулелену рекомбинациясының ерекшеліктері [8] жұмыстың авторымен
қарастырылған.
Индий антимонидінің кристалдарының фотолюминесценциясын зерттеуде
келесі екі жұмыс қызығушылық тудырады. Мурадьян және Фэн [17] оптикалық
қозу әдісімен 77 К мен 4,2 К температураларында n және р -типті индий
антимонидінің монокристалдарының үлгілерінде зерттеді. Зона аралық
ауысулармен байланысты сәулелену, оптикалық фононның қатысуымен сәулелену
және акцепторлық қоспалары бар ауысу байқалды. Сұйық азот температурасында
InSb азғындалмаған үлгісі үшін фотолюминесценция спектрі негізінен ұзын
толқынды меншікті сәулеленуден тұрады. n5-1015 см-3 концентрациясы бар n
және р-типті индий антимонидінің үлгілерінің фотолюминесценциясын зерттеу
кезінде осыған ұқсас спектрлер алынады. ІnSb азғындаған үлгілерінің n-типті
жағдайында сәулелену спектрінің максимумы жоғарғы энергиялар жағына ығысады
және кеңейеді.
Авторлар тасмалдаушылар концентрациясы 5(1013см-3-тан 3,5(1017см-3-қа
дейін болатын n-типті индий антимонидінің фотолюминесценция спектрлерін
зерттеді. Ені 8,5 мЭв болатын сәулелену спектрі тек қана концентрациясы
1,4(1016см-3 болатын үлгілерде байқалады. Тасымалдаушылар концентрациясын
арттырғанда сәулелену спектрінің ені де артады. Тәжірбиенің нәтижелерін
талқылап, авторлар концентрациясы n= 2,5(1017см-3 болатын қоспа ендірілген
кристалдардың сақталу заңы бұзылатын ауысулар байқалады деп тұжырымдады.
Мұндай қорытындыға авторлар, 77 К температурасында қоспа күшті ендірілген п-
типті индий антимонидінің фотолюминесценциясын зерттеп келді. Сонымен қатар
бұл жұмыстағы Патлей И. және т.б авторлар энергиялары 228, 216 және 224 мЭв
болатын қоспалы деңгейлер сериясын тапты.
n-типті және р-типті индий антимонидінің үлгілерінің спектрінде
электрондардың өткізгіштік зонадан 7,5 мЭв ионизация энергиясы бар кейбір
коспа деңгейіне көшуімен байланысты сәулелену жолағы байқалады. Бұл
сәулелену жолағы мырыш ендірілген кристалдарда айқын көрінеді. Холл
эффектісін зерттеулерден мырыштың акцепторлық деңгейінің ионизация
энергиясы 8 Mэв тең екендігі белгілі.
Германий ендірілген кристалдарда акцепторлық деңгеймен байланысқан
әлсіз сәулелену жолағы ұшырасады. Индий антимонидіндегі германий не
акцептор сияқты, не донор сияқты бола алады.
Электрлік өлшеулердің нәтижесі германийдің акцепторлық деңгейі
валенттік зонаның төбесінен 10 мЭв жоғары жататындығын көрсетеді. Индий
антимонидінің сәулелену рекомбинациясын зерттеу германийдің акцепторының
ионизация энергиясы 17 мЭв-қа тең екендігін анықтайды. 224 мЭв сызығының
бар болуы [5] жұмыста айтылған. Көрсетілген статьялардың авторлары бұл
сызық қоспалы сәулеленумен байланысқан деп болжады. Мурадьян және Фэн бұл
сызықты сұйық геллий температурасында индий антимонидінің барлық таза
кристалдарында бақылап, бұл сызық 11 мЭв деңгейі беретін (не валенттік
зонаның төбесінен, не өткізгіштік зонаның түбінен, яғни деңгейдің түрі
анықталмаған) қоспалармен немесе тордың дефектілерімен байланысты деген
қорытындыға келді.
4,2 К температурасында индий антимонидінің барлық таза кристалл-дарында
сәулелену максимумы 212,5 мЭв болатын сызық табылды. [9] жұмыстың авторы
бұл сызық оптикалық фононның сәулеленуімен электронды - кемтіктік
рекомбинациямен байланысты деп болжады. Сызықтық сәулелену
интенсивтілігінің оларды қоздыратын жарықтың интенсивтілігіне тәуелділігін
зерттеп, Мурадьян және Фэн сызықтық сәулелену интенсивтілігі қоздыратын
жарықтық интенсивтілігіне қарағанда квадратты турде өзгеретіндігін
көрсетті. Бұл сызықтық максимумы мен меншікті сәулеленудің ара қашықтығы (
22 МЭв) шамамен индий антимонидінің оптикалық фононының энергиясына сәйкес
келеді.
Бұл жұмыста [9] сондай-ақ магнит өрісінің фотолюминесценцияға әсерінің
нәтижесі келтіріледі. Температура 77 К және 4,2 К болғанда 33 К дейін
магнит өрісіне қойылған фотолюминесценция зерттелді. Нәтижесі 77 К
температурасында магнит өрісі қойылғанда меншікті сәулеленудің жолағы
ажырайды және жоғарғы энергиялар жағына қарай ығысады.
[10] жұмыс индий антимонидінің сәулелену рекомбинациясының максимумын
оптикалық инжекция әдісімен зерттеуге арналған. Зерттеулер 300, 200, 100
және 12 К температураларда n және р-типті индий антимонидінің
кристалдарында жүргізіледі. Бақыланатын индий антимонидінің сәулеленуі,
сәулелену максимумы Һ(Еg тең кең жолақты береді.
Сәулелену спекрінің максимумы температураның төмендеуімен жоғарғы
энергиялар жағына ығысады. Сәулелену спектрінің төменгі энергиялы шетінің
нөлге экстрополяциясы кезінде, 300 К - 177 мЭв, ал 200 К - 196 мэв
энергияның мәндерін береді. Бұл мәндер сәйкес температураларда индий
антимонидінің тиым салынған зонасының еніне сәйкес келеді. Бұл басқа
сәулелену сызығының белгілерімен қоса авторларға сәулелену тікелей
зонааралық сәулеленіп өтуімен байланысқан деп айтуға мүмкіндік береді.
[11] жұмыстың авторы 215, 228, 209, 186 және 193 мэв максимумдары бар
сәулелену сызықтарының сериясын бақылады. Сәулелену сызығының
интенсивтілігінің қоздырушы жарықтың интенсивтілігіне тәуелділігін зерттеп
және оптикалық фононның берілген энергияларын пайдаланып авторлар 215 Mэв
сызығы оптикалық фононның сәулеленуімен тікелей емес зона аралық
рекомбинацияның нәтижесі болып табылады деп болысады.
Алтын мен күміс ендірілген индий антимонидтерінің кристалдарын
зерттегенде, тікелей осы қоспалардың бар болуымен байланысты сызықтар
табылды. Күміс ендірілген кристалдарда сәулелену максимумы 209 және 186 Mэв
сызықтар бақыланды, ал алтын ендірілген кристалдарда энергиясы 192 Mэв
сызық табылды.
Мырыш ендірілген индий антимонидінің кристалдарының сәулелену
спектрінде энергиясы 228 мэв сызық байқалды. Бұл сызық зона мырыштың ұсақ
акцепторлық деңгейімен сәулеленіп өтуімен байланысқан деген болжам айтылды.
Бұл сызықты Мурадьян және Фэн бақылаған.
Қоспа көп ендірілген индий антимонидінің кристалдарының сәулелену
спектрі (n=4,8(1017 см-3 теллур ендірілген) таза кристалдардың сәулелену
спектрінен кеңірек. Интенсивтіліктің жартысындағы сәулелену сызығының ені
60 мэв құрайды, ал сәулеленудің максимумы 297 мэв энергияға сәйкес келеді.
Сәулелену спектрінде үлкен шұңқыр СО2 жұтылуына сәйкес келеді. Қатты
азғындаған индий антимонидінің кристалында 222 мэв энергия шамасында
спектрдің қысқа толқынды қанатында иілу түріндегі әлсіз сызыққа рұқсат
етіледі. Қоспа көп ендірілген кристалдардың сәулелену спектрі өткізгіштік
зонаның донорлық күйімен өзара әсерлесу нәтижесінде ұлғаятындығын және тиым
салынған зонаның енінің таралатындығын көрсетеді. Бұл жұмыста 12 К және 100
К температураларда индий антимонидінің сәулелену спектрінің ерекшеліктері
зерттелді. Жоғарыда айтылғандардан индий антимонидінің (сәулелену
спектрінің) рекомбинациялық процестерін зерттеу жүмыстарының көбінде, не
таза кристалдарға не 4,8(1017 см-3 аспайтын концентрацияға дейін қоспа
ендірілгендер туралы мәліметтер бар. Біз концентрациясы 5(1017 см-3, көп
индий антимонидінің кристалдарындағы рекомбинациялық процестерге тереңірек
зерттеу жүргізу, әсіресе n10 см-3 кристалдарына тереңірек зерттеу
жүргізілу керек деп есептейміз. Дәл осындай концентрацияларда қоспалардың
ендіру дәрежесімен және химиялық табиғатымен байланысқан бірқатар қызықты
эффекттер [12] табылды. Қоспа күшті ендірілген n-типті индий антимонидінің
кристалдары, сәулелену процестерін зерттеу үшін n (1018см-3 өткізгіштік
зонасы параболалық заңдылықтан ауытқығандықтан, үлкен қызығушылық тудырады.
Ферми энергиясы тиым салынған зонаның ((0,22эв) еніне жақын болады. Тағы да
бір қызығы күшті қоспа ендірілген индий антимонидінің кристалдарында
плазмалық тербелістердің энергиясы шама жағынан тиым салынған зонаның еніне
жуықтайды.
1.3 Галлий антимонидінің зоналық құрылымының ерекшеліктері
Алмаз құрылымы тәрізді, периодтық жүйенің үшінші және бесінші
топтарының қосылыстары кристалданатын мырыш түріндегі кристалдық қүрылым
өзара кіріспелі екі гранецентрленген кубтық торлардан тұрады. Бұл құрылым
екі тор атомдарының түрліше болуымен алмаздан ерекшеленеді. Көп жағдайда
құрылымы мырыш тәрізді жартылай өткізгіштердің энергетикалық спектріне
ұқсас келеді. Негізгі ерекшеліктері инверсияға қатысты симметрияның
шоқтығымен түсіндіріледі.
Егер спин-орбиталдық әсерлесуді ескермесе, онда мырыш симметриясы X
және L нүктесіндегі экстремумдармен ажыратылады ІnSb, ІnАs, GаSЬ, ІnВ және
GаАs қосылыстарындағы өткізгіштік зонасының ең төменгі минимумы =0
орналасқан GаSЬ және GаАs сияқты осы қосылыстардың кейбіреуінде X және L
нүктесіндегі басқада жоғарғы экстримумдардың энергиясы бойынша Т
нүктесіндегі минимумға жақындығы соншалықты бұл тасмалдау құбылыстарында
оптикалық процестер 'және тағы басқаларда маңызды роль атқарады.
Галлий антимонидін қысымға байланыстылығын [13] зерттеу барысында
Брилиюэн зонасының орталығында орналасқан өткізгіштік зонасының негізгі
минимумын ғана емес, сонымен қатар 111 және 100 бағытындағы қосымша
минимумдарды да ескеруді қажет етеді. Галлий антимонидінің термоЭҚК, Холл
тұрақтысының электр кедергісінің қысымға байланыстылығын Сагар мен Миллер
тереңірек зерттеді. Р2500кгсм2 қысымда екі минимумының энергетикалық ені
0,075 эк болды, ал одан жоғары Р=2500 кгсм2 қысымда х минимумының әсері
байқалды.
Кейс пен Поллак GаSЬ пьезокедергі коэффициентінің қысымға
байланыстылығынан электр өткізгіштікке екі минимумдағы электрондар
қатынасатындығын зерттейді. Авторлар L-минимумдағы күйлердің тығыздығына
қарағанда негізгі минимумдағы күйлердің тығыздығы анағұрлым аз деген
қорытындыға келді. Негізгі минимумдағы аз мөлшердегі электрондар аз ғана
қысымда өздерінің үлкен қозғалғыштығына байланысты, электр өткізгіштікке
үлкен үлес қосады. Бірақ жан-жақтан үлкен қысым түсіргенде негізгі минимум
L - минимумға жақынырақ жоғары қарай ығысады және одан электрондар L -
минимумға ауысады. Сондықтан үлкен қысымдарда электрондардың L -
минимумдардан электрон өткізгіштікке үлесі артады.
1.4 Галлий антимонидінің кристалдарының фотолюминесценциясы
Галлий антимонидінің рекомбинациясын зерттеген көптеген жұмыстар бар.
Бұл қосылыстың фотолюминесценция спектрі күрделі болып табылады. Қандай да
бір қоспаларды ендіру және де әр түрлі сыртқы әсерлер, сәулелену сызығының
максимумы мен пішініне қатты әсер етеді. Сондықтан әр түрлі авторлардың
зерттеулерінде қандай да бір сәулелену сызығының табиғаты туралы ортақ
қөзқарас жоқ. Қоспасы жоқ р - GаSb кристалдарының фотолюминесценция
спектрінде екі сәулелену сызығы [14] байқалды. М.Д Кампос және т.б
мәліметтері бойынша фотолюминесценция спектріндегі Һ(1=0,797эв және
Һ(2=0,776эв максимумдары температураға әлсіз тәуелді болып келеді. Бұл
авторлардың көзқарасы бойынша, жоғарғы энергиялы сызық қоспаларда
байланысқан экситондардың рекомбинациясымен байланысты.
Кюрегян А және т.б өлшеулері бойынша сәулеленудің максимумдары
температураға байланысты Һ(1 максимумының, 10 К мен 90 К дейінгі
температуралар аралығында 0,800 эв-тан 0,780 эв-ке ығысады. Олар бұл
сызықты, басқа да (Johnson В.І ) авторлар сияқты [9], зона аралық
рекомбинациямен байланыстырылады, ол сәулелену максимумының температура
өсуімен бірге ұзын толқынды жаққа ығысуын тиым салынған зонаның таралуымен
түсіндіреді. Һ(2 сызығының пайда болуын көптеген авторлар [15]
электрондардың өткізгіштік зона мен табиғи акцептордағы рекомбинациямен
байланыстырады.
Әр түрлі қоспалар ендірілген галлий антимонидінің фотолюминесценциясы
[12] жұмыстарында зерттелген. Теллур донорларын ендіру арқылы алынатын аз
қоспа енгізілген және компенсацияланған кристалдар спектрінде жаңа ұзын
толқынды сызық Һ(3 пайда болады да сәулеленудің негізгі сызығы өшеді.
Автордың пікірінше [12] Һ(З сызығы өткізгіштік зонамен-терең табиғи
акцептордағы электрондардың рекомбинациямен байланысты. Бұл сызықтың
максимумы қоспалардың концентрациясына және қозу деңгейіне байланысты.
Теллур енгізілген n - GаSЬ үлгілерінің фотолюминесценция спектрлерін
зерттеп, авторлар сәулеленудің ұзын толқьшды сызығы А(h(3=0,720 ( 0,730 эв)
электрондардың табиғи акцепторларға өтуінен пайда болады деген қорытындыға
келді. Қоздыру дәрежесін арттыра отырып авторлар [12] максимумдағы
энергиясы 0,780 эв және 0,790 эв болатын тағы екі жоғары энергиялы А және В
сызықтарын тапты. Олардың ойынша А сызығы екі кемтікті қамту нәтижесінде
бейтарап болған акцептордан электрондардың рекомбинациялануының нәтижесі,
ал В сызығы сол бейтарап центрімен байланысқан экситонның сәулеленуімен
анықталады. Сонымен қатар авторлар байланысқан экситонның әдеттегі
сызықтарына қарағанда В сызығы әлдеқайда кеңірек деп көрсетіледі және осы
кең жолақты электрондардың зона-зоналық сәулеленуі бар екендігі туралы
болжам айтады. Ұзын толқынды А сызығының қоздыру дәрежесіне байланысты,
қысқа толқынды жаққа ығысу байқалды. Оны авторлар теңгерілмеген
тасмалдаушылар концентрациясының артуы кезінде Ферми деңгейінің
көтермелеуімен түсіндіреді.
[14] жұмыстарында теллур қоспасының артуына байланысты галлий
антимонидінің фотолюминесценциясы зерттелген. Сәулеленудің бір ғана
сызығынан тұратын фотолюминесценция спектрінің максимумы қоздырудьщ аз
деңгейінде электрондардың концентрациясы 3(1017 см-3 -тан 4,7(1018см-3
дейін өсетін болса 0,710 эв-тан 0,800 эв-қа дейінгі спектрдің қысқа
толқынды жағына ығысады. Мұндай жағдайды бурштейндік ыгысумен
байланыстырып, (сәулеленіп ауысулардың алғашқы күйі болып аз қоспа
ендірілген кристалдардың ауысуларына қатысқан ионизациялау энергиясы 0,1
мЭв болатын терең акцепторлық деңгейлер табылады( - деген қорытындыға
келді. Сәулелену сызықтарының пішінін есептеу үшін осы деңгейлерден күй
тығыздығын анықтайтын Моргон теориясы қолданылады.
Кюрегян А.С және т.б авторлар қозудың үлкен деңгейлерінде қоспа күшті
ендірілген кристалдардың фотолюминесценциясын зерттеп, сәулеленудің негізгі
сызығынан басқа максимумы Һ(=0,805 эв, болатын жоғарғы энергиялы сызықты
тапты. Оның максимумы қозу деңгейі мен қоспа ендірілу дәрежесіне тәуелді
емес. Сәулеленудің негізгі сызығы электрондар концентарциясының өсуімен
спектрлердің жоғарғы энергиялы жағына ығысады және электрондардың
концентрациясы 2(1018 см-3-тан үлкен концентрацияда Һ(=0,805 эв сызығымен
бірігеді. Һ(=0,805 эв сызығын авторлар зонааралық рекомбинациясымен
байланыстырады, бұл кездің өзінде де бұл сызықтың электрондар
концентрациясына тәуелділігі жөніндегі мәселе шешусіз қалды. Бұл құбылыс L
- минимумдардың нәтижесінде Ферми деңгейінің анықталуына байланысты деген
болжам айтылуда. Негізгі сызық зона-терең акцептор ауысуларына сәйкес
келетін сызықтың максимумына қарағанда төмен болуы керек. Бірақ Кюрегян А.С
және т.б авторлар электрондар концентрациясы ~2(1018см-3 болғанда бұл
сызықтың бірігуін бақылайды.
100 осі бойынша кристалл сызығында n - GаSЬ сәулелену спектрінде
едәуір өзгерістер байқалады. Аз қысымда (А-,А,В) сызықтары 100 осі
бойынша қысым кезіндегідей ығысады, бірақ қысым Р=5000 ( 6000кгсм2-тан
бастап бұл тәуелділік қанығып, сонан соң сызықтар аз энергия облысына
ығысады. А мен А- сызықтарына қарағанда В сызығы үлкен жылдамдықпен
қозалады. Фотолюминесценция спектрлерінің мұндай күйіне авторлар [12]
рекомбинация өтетін терең күйлердің пайда болуымен және L - минимумдардың
жанама түрде эсер етуімен түсіндіріледі.
p-GаSb фотолюминесценциясы бір осьті сызылу деңгейінде зерттелді, қысым
жоқ кезде 4,2 К болғанда р-GаSb сәулелену спектрінің максимумдары 0,777
эв(А°2) және 0,795 эв (В) болатын екі сызықтан тұрады. [111] осі бойынша
бір осьті созылу кезінде А°2 сызығы dЕdР=1,8(10-3 мэвкг.см2 жылдамдықпен
қысқа толқынды жаққа қарай ығысады, ал В сызығының жылдамдығы dЕdР=8(10-3
мЭвкгсм3 Р=2000 кгсм2 қысымнан бастап энергия шкаласы бойынша В сызығының
ығысу жылдамдығы А°2 сызығының ығысу жылдамдығымен салыстырылады. Осы
қысымда қысқа толқынды жақтан, бос экситондардың аннигиляциясымен
түсіндірілетін, жаңа түзу 0,810 эв(а) пайда болады.
P=8000 кгсм2 қысым кезінде барлық сызықтардың интенсивтілігі (α-
сызығының да) тез арада азая бастайды, ал сызықтардың энергия бойынша
ығысуы қанығып, Р=1000 кгсм2 қысымынан бастап ұзын толқынды жаққа ығысады.
Бұл жайлар өткізгіштік зонасының α жазықтығының әсер етуімен түсіндіріледі.
Авторлардың айтуынша [5] жұмыстағы n-GаSb алынған нәтижелерге қарағанда,
бұл жұмыста р-GаSb сәулелену рекомбинациясына α жазықтығының едәуір аз
әсері байқалады. n-GаSb-де сызықтардың максимумдардының ұзын толқынды жаққа
ығысуы бұрынырақ басталады. Жұмыстағы n-GаSb алынған нәтижелерге қарағанда,
бұл жұмыста р-GаSЬ сәулелену рекомбинациясына а жазықтығының едәуір аз
әсері байқалады.
n-GаSb-де сызықтардың максимумдардының ұзын толқынды жаққа ығысуы
бұрынырақ басталады.
1.5 Гетероструктураларда ішкі кернеудің пайда болу себептері
Шала өткізгіштік техниканың дамуы соңғы онжылдықтарда
гетероструктуралардың, яғни, химиялық құрамдары әртүрлі, эпитаксиальдық
қабат пен негізден тұратын системалардың еөптеп қолдануына байланысты.
Көпшілік жағдайларда гетероструктураларды жасау оларды қолданатын
температуралармен салыстырғанда жоғарырақ температураларда жүзеге
асырылады. Өсіру температурасынан кейін суу немесе кристалдану процестері
кезінде гетероструктураларда кернеу пайда болады. Кернеу пайда болуының
негізгі себептеріне мыналар жатады: [1,2]
1. Жанасатын материалдардың тор периодтарының әртүрлілігі ∆а;
2. Жанасатын материалдардың сызықтық ұлғаюының температуралық
коэффициенттерінің әртүрлілігі ∆α;
3. Эпитаксиальдық қабат қалыңдығы бойымен құрам градиентінің болуы;
4. Шекаралық қабатта структура ақауы концентрациясының жоғарылығы.
Эпитаксиальдық қабаттарда негізгі рольді тор периоды сәйкессіздігі
кернеуі мен сызықтық ұлғаю коэффициенттің әртүрлілігінен болатын термиялық
кернеу атқарады.Пайда болатын кернеу оларды шамасына, эпитаксиальдық
структура материалының иілгіштігіне, өсірілген қабаттың қалыңдығына және
өсірудің жылулық шартына байланысты дислокация пайда болуымен біртіндеп
релаксацияланады, ал қалдық кернеу эпитаксиальдық структурада серпімді
кернеу тудырады.
Кернеу сызықтық ұлғаю коэффициентінің әртүрлілігінен пайда болған
жағдайда серпімді кернеудің таралуын гетероструктура парметрлерімен
байланытыратын негізгі қатынасты алғаш рет Тимошенко С.П [3] анықтаған. Ол
қатынасты кубтық симметриялық эпитаксиальдық структуралар үшін изотопты
жуықтап мына түрде жазуға болады [4]
δzz =0 δxx(z)= δyy(z)= δ(z)
δэқ (z)=-δmax [1-] (1.5.1)
δнегіз(z)=δmax
мұндағы δэқ – қабаттағы кернеу, δнегіз – негіздегі кернеу,
δmax=2G(1+v)f(1-v),
G-ығысу модулі, v-Пуассон коэффициенті, 2Н-эпитаксиалдық структура
қалыңдығы, t-эпитаксиалдық қабат қалыңдығы. Координаттық жүйенің ху
жазықығы эпитаксиалдық структураның қалыңдығы бойынша ортасында орналасқан,
ал z бағыты струкура бетіне перпендикуляр орналасқан.
F=
(∆α-қабат пен негіздің сызықтық ұлғаю коэффициенттерінің айырмасы, ∆Т-
суыту интервалы, а-тор периоды).
Жалпы жағдайда эпитаксиалдық структурада кернеудің таралуының мынадай
ерекшеліктері бар:
а) координатасы zi =H-t қабат – негіз бөліну шекарсынан өткенкезде
кернеудің шамасы мен таңбасының өзгеруі;
б) δнегіз (zm)= 0
Zm =
шартынан анықталатын, координатасы негіздің нөлдік деформация
жазықтығынан (бейтараптық m) өткенде кернеудің таңбасының өзгеруі.
В) δэқ(zm)= 0 шартын қанағаттандыратын, координатасы z= қабаттың
нольдік деформация (бейтараптық n) жазықтығы арқылы өткенде, кернеудің
таңбасының өзгеруі (1-сурет). Эпитаксиалдық қабатта нейтраль t c2
болғанда пайда болады.(с- негіз қалыңдығы).
Эпитаксиалдық қабатты өсірудің бастапқы кезеңінде, гетероструктураның
бос энергиясының минимум болуына тырысатындығын көрсететін псевдоморфты өсу
болады деп есептелінеді. Шындығнда, негіздің бетінде тор түйіндерінде
атомдардың периодты орналасуынан болатын потенциалды бедер болады. Негіз
затына шөгетін жеке атомдарға негіз торын жалғастыра құрып, потенциалдық
шұңқырларға орналасқан энергетикалық тиімді. Атомдар тығыздығының өсуіне
байланысты қабат затына тән атом аралық өзара әсерлесу күші пайда бола
бастайды.
Бөліну шекарасында байланыс күшінің болуы, атом аралық қашықтықтар
бірдей болатындай эпитаксиалдық қабат пен негіздің деформациясына әкеледі,
яғни
аi1 = аi2 (1.5.2)
1,2 – индексі негіз бен эпитаксиалдық қабатқа сәйкес келеді.
а1,а2 бір- біріне жуық болғанда, бөліну шекарасында деформацияның
секірмелі өзгерісі
ε2іі–ε1іі ≈ ≡-f1
(1.5.3)
1-сурет. Гетероструктура қалыңдығы бойымен қоспа концентрациясының (а)
және кернеудің (б) таралуы.
ху координаттарға тәуелді емес. f1- тор периоды сәйкессіздігі. εхх, εуу
деформациясы бөліну шекарасына нормал бағытта
εzz =- v(εхх+εуу) (1-v)
деформациясын туғызады. Сондықтан, егер қабаттың бастапқы торы кубтық
симметриялы болса, онда тордың тетрогональдық ауытқуы пайда болады:
ах 2 = ау 2 ≈ а2 (1+ ε2хх), аz 2=(1+ εуу) (1.5.4)
Термиялық кернеу мен сәйкессіздік кернеуі арасындағы айырмашылық
белгілі бір дәрежеде шартты екендігін ескертеміз. Бұл олардың пайда болуы
себептерінің әртүрлілігін және олардың релаксациялану шартының
әртүрлілігін көрсетеді. Термиялық кернеу өзінің максимал мәніне жоғары емес
температураларда, көбінесе А3 В5 жартылай өткізгіштерінің пластикалық
релаксациялану ықтималдығы аз болатын бөлме температурасында жетеді, ал
сәйкессіздік кернеуі эпитаксиалдық қабат өсу барысында, яғни жоғары
температурада, гетероструктура жеткілікті иілгіш болған жағдайда пайда
болады. Кернеудің екі түрінің де болу себебі бір тор периоды сәйкессіздігі
болғандықтан олардың гетероструктурада таралуы бірдей сипатта болады. (тек
∆α ∙ ∆Т ∆а а-ға ауыстырылады).
1.6 Дислокацияның пайда болуы
Егер системада кернеу шамасы берілген материалда дислокация болуына
сәйкес келетін шектік кернеу шамасынан артық болатын болса, онда система
пластикалық деформацияланып, дислокация түзіледі. Жоғарыда айтылғандай,
эпитаксиалдық структураларда дислокация пайда болуының негізгі себебі
сәйкессіздік кернеуі болып табылады. Бұндай дислокацияларды сәйкессіздік
дислокациясы (СД) деп атайды.
Сәйкессіздік дислокациясы бөліну шекарасы жазықтығында орналасады және
түзу сызықты дислокациялық сызықтар торын түзеді деп есептелінеді. Сонымен
қатар дислокациялар бөліну шекарасына негізден келіп түсуі немесе
өсірілетін қабатқа көлбеу сырғанау жазықтығы бойымен сырғу арқылы өтуі
мүмкін. Бұндай жағдайда сәйкес Бюргерс векторы бөліну шекарасы жазық-
тығына және дислокация сызығына бұрыш жасай бағытталады.
Гетероструктураларда серпімді кернеудің релакциялану процесін сипаттау
үшін жасалынған алғашқы жұмыстардың бірі Франк пен Ваньдер-Мервенің 1969
жылы жарық көрген жұмысы [5] болып табылады. Бұл жұмыста қарастырылған
теорияның негізгі жетістігі, шамасы белгілі бір критикалық мәнге жеткенде
біртекті серпімді деформацияланған күйден бөліну шекарасы жазықтығында
сәйкессіздік дислокациясы пайда болатын күйге өту байқалатын қалыңдық
болатындығын алдын ала айтқандығы. Бірақ оның эксперимент нәтижесімен
сәйкес келуі онша дәл емес. Эпитаксиалдық қабаттың қалыңдығы мен қалдық
серпімді деформация нақты эпитаксиалдық структураларда Ван-дер-Мерве
теориясының алынған мәнінен анағұрлым үлкен болады. Бұндай жағдайлар А3
В5 тобы негізінде алынған гетероструктураларға тән болып табылады.
Сәйкессіздік дислокациясының пайда болуының негізгі механизмі Бюргерс
векторы бөліну шекарасына көлбей бағытталған негізден қабатқа өсіп енетін
дислокацияның сырғуы болып табылады. Бұндай жағдайда өсіп шығатын
дислокация, оның бір бөлігі бөліну шекарасы жазықтығына сәйкессіздік
дислокациясы ролін атқаратын дислокациялық сызықтар орын алатындай болып
иіледі. Дислокацияның керілу күші мен дислокацияға эпитаксиалдық қабат
жағынан әсер ететін күшті теңестіре отырып, Мэтьюз қабатының критикалық
қалыңдығы үшін мынадай өрнек алынған:
фотолюминесценция сызығы максимумының 77 және 300К темпера-туралардағы
энергетикалық орындарының айырмасында да орын алады, яғни
∆ћvmax= ћv max (77К)- ћv max (300К)
∆ћvmax шамасы дислокация тығыздығының N мәні аз болғанда, жуықтап
~44 мЭв құрайды.
Тс = (1.6.1)
Мұндағы b- дислокацияның Бюргерс векторы шамасы, α- дислокация
сызығы мен Бюргерс векторы арасындағы бұрыш, λ- сырғанау бағыты мен бөліну
шекарасы жазықтығындағы, осы жазықтық пен сырғанау жазықтығы қиылысу
сызығына перпендикуляр бағыты арасындағы бұрыш.
Эксперимент нәтижелері t0 - ның нақты мәні (1.5.2) формуласымен
есептелген эпитаксиалдық қабаттың кризистік мәнінен әлдеқайда артық
екендігін, және де сәйкессіздік шамасы кеміген сайын бұл алшақтықтың
өсетінін көрсетеді. Бұндай алшақтықтың (1.5.2) формуласында негіз шексіз
деп алынғандықтан болуы мүмкін.
Негізден эпитаксиалдық қабатқа өсіп шығатын дислокацияның майысуынан
болатын сәйкессіздік дислокациясының түзілуі, көптеген зерттеу
жұмыстарында байқалған. Бірақ оларды сандық түрде экспериментті
қанағаттандырарлық теория жоқ. Оның себебі теориялық қарастыруларда
көптеген жеңілдіктер жіберілуден.
Эпитаксиалдық структуралардағы серпімді кернеудің релаксациялану
ерекшеліктерін қарастырғанда пластикалық деформация эпитаксиалдық қабатта
да, негізде де болатынын ескеру қажет. Көптеген эксперимент нәтижелері,
структураны өсіру барысында, әсіресе жоғары температурада өсіргенде,
гетероструктурада кернеудің елеулі қайта таралуын болдыратын, негіздің
пластикалық иілетіндігін көрсетеді. Системада серпімді кернеудің
релаксациялану процесіне негіздің пластикалық деформациясының қосатын үлесі
сәйкессіздік шамасымен, негізбен эпитаксиалдық қабат қалыңдықтарының
қатынасымен, және де жұмыс температурасындағы олардың механикалық
қасиеттерінің қатынастарымен анықталады.
Практикада гетероструктураның псевдоморфтық күйінен сәйкессіздік
дислокациялы күйіне өтуінің критериіне эпитаксиалдық қабаттың белгілі бір
қалыңдығындағы кризистік сәйкессіздік шамасын алған ыңғайлы. Дислокация
тығыздығының бөліну шекарасында тор периоды сәйкессіздігіне тәуелділігін
зерттеуге көптеп жұмыстар жасалынған. Бұл жұмыстар зерттеулерінің
нәтижесінен кристалдық торы ең жоғары жетілген эпитаксиалдық қабат
эпитаксия температурасында бөліну шекарасында тор периоды сәйкессіздігі
нольге жуық немесе тең болғанда алынады деп қорытындыланады.
∆а≈0 аймағында көлбеулік дислокация тығыздығы да, сәйкессіздік
дислокация тығыздығы да минимал болады.
1.7 InAs және GaSb негізінде алынған қатаң ерітінділердің
люминесценциялық қасиеттері
А3 В5 тобы қатаң ерітінділерінің ішінде ерекше орын алатын материал-
дар, тиым салынған зонасы ені 2 ÷5 мкм спектр алқабына сәйкес келетін
қатаң ерітінділер. Бұндай қоспаларға InAs, InSb және GaSb негізінде
алынған қатаң ерітінділер жатады.
InGaAsSb қатаң ерітіндісі тиым салынған зона енінің өзгеру аймағының
кеңдігімен (1,5÷5 мкм) көңіл ауарады. Бұндай аймақ шегінде GaSb және InAs
негіздерімен изопериодты қатаң ерітінділер өсіруге мүмкін болады.
Құрамы жағынан GaSb-ге жуық In1-x GaxAsySb1-у эпитаксиалдық
қабаттың фотолюминесценциялық қасиеттері [6,7] жұмыстарда зеттелген.
[7] жұмыста құрамы х = 0,91 ÷ 0,92, у = 0,07 ÷ 0,08, GaSb негізіне
сұйық фазалы эпитаксия әдісімен алынған GaSb және In1-x GaxAsySb1-у
эпитаксиалдық қабатының фотолюминесценция спектрі зерттелген. Қоспа
ендірілмеген GaSb эпитаксиалдық қабаттың 4К температурадағы
фотолюминесценциялық спектрінде эксиондар мен ұсақ акцепторлар қатысуымен
болатын сәуле шығарудың бірқатар максимумдары байқалған. Ал қоспа
ендірілмеген InGaAsSb қатар ерітіндісінің (4-300К) температура
аймағындағы спектрінде бір ғана сәулелену жолағы және оның энегетикалық
орны қоздыру деңгейіне еместігі байқалған. 300К температурада
ћvmax=0,64эВ, бұл зерттелініп отырған қатаң ерітіндінің теориялық
есептелген тиым салынған зона еніне Еg сәйкес келеді. Температура
төмендеуіне байланысты, ћvmax 710 мЭв-қа дейін өседі (4К). Бұл жолақтың
өзгеріс ерекшеліктері [7] авторларына оның максимумы күй тығыздығы шеті
қатысуымен болатын квази зона аралық рекомбинациямен анықталады деп
есептеуге негіз болады. Осыған байланысты, қатаң ерітіндіде ең жақын ұқсас
GaSb -ге тән, структураның меншікті нүктелік ақауларымен байланысқан
акцепторлық центрлер болмайды деп қорытынды жасалынған.
[7] жұмыстың авторлары сонымен қатар n және p типті өткізгішті
InGaAsSb мен GaSb қатаң ерітіндісінің фотолюминесценциялық спектрін
қоспалау дәрежесіне байланысты қарастырған. Зерттеу нәтижесінде p-
InGaAsSb қатаң ерітіндісінің фотолюминесценция спектрі NGe =1 ∙ 1019см-3
жеткенде жалпаятындығы алынды. Концентрацияның осындай аймағында осындай
жағдайлардың болуы ұсақ акцепторлар қатысуымен болатын шектік сәуллену
өтуінің үлес көрсетеді. Бұл 4К температурада анық байқалады, себебі онда бл
өтулер басым болады. Ал n- InGaAsSb эпитаксиалдық қабатының
фотолюминесценция спектрінде NTe өсуіне байланысты иондалу энергиясы ~ 75
мэВ локальды акцепторлық центрлердің қатысуымен болатын өту пайда болады
және 77К температурада шеттік сәулеленудің интенсивтігі кемитіндігі
байқалады. NTe артқанда интенсивтіліктің кемуі төмен температураларда Еg -
ћvmax =75-80 мэВ локальды центрлер қатысуымен болатын өтудің қосатын үлесі
артатындығынан түсіндіріледі.
[7] жұмыстың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5
І. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясы
1. Индий антимонидінің қоспа күшті ендірілген кристалдарын зерттеу ... ... ..8
2. Индий антимонидінің рекомбинациялық
сәулеленуі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...9
1.3 Галлий антимонидінің зоналық құрылымының
ерекшеліктері ... ... ... ... ... .1 2
1.4 Галлий антимонидінің кристалдарының
фотолюминесценциясы ... ... ... ...1 3
1.5 Гетероструктураларда ішкі кернеудің пайда болу
себептері ... ... ... ... ... ... .1 6
1.6 Дислокацияның пайда
болуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .19
1.7 InAs және GaSb негізінде алынған қатаң ерітінділердің
люминесценциялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ..21
ІІ. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясын
зерттейтін қондырғының сипаттамасы
2.1 Таңдау және үлгілерді
дайындау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...24
2.2 Фотолюминесценцияны зерттеу үшін қондырғының
сипаттамасы ... ... ... .24
ІІІ. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясын
зерттеу нәтижелері
3.1 n - типті индий антимонидінің қоспа ендірілген кристалдарының
фотолюминесценциясының спектрлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
3.2 Қоспа ендірілген галий антимонидінің кристаллдарының
фотолюминесценциясын
зерттеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ...35
3. GaSb(Se) кристалының фотолюминесценциясына бір осьті деформация
әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.4 In As Sb PIn As градиентті структураларындағы қалдық деформацияны
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .41
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 43
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Кіріспе
Ғылым мен техника салаларында жартылай өткізгіш материалдан
жасалған құралдарды және қондырғыларды қолдану кеңінен өріс алуда.
Техникалық прогресстің өркендеп даму кезеңінде жартылай өткізгіштердің
маңызы ары қарай арта түсетіні бәрімізге белгілі.
Кейбір материалдарға жартылай өткізгіштік қасиеті аморф күйінде де
сұйық күйінде де тән болады. Сұйық жартылай өткізгіштер ғылым саласында
қызықтырғанына қарамастан техника саласында аса көп қолданылмайды. Техника
саласында қолданылатын жартылай өткізгіштердің көпшілігі кристалдардан
тұрады.
Жартылай өткізгіштің анықтамасы заттардың электр өткізгіштік
қасиеттеріне негізделген. Әдетте жақсы электр өткізгішті материал ретінде
металдар қарастырылады, оның меншікті электр өткізгіштігі ден жоғары
болады. Меншікті өткізгіштігі ге тең және одан кіші болған материалдар
изоляторға (диэлектриктерге) жатады. Меншікті электр өткізгіштігі
арасында болатын материалдар жартылай өткізгіштерге жатады. Бұл анықтама
жартылай өткізгіштерді зерттеу ғылымының дамуына және оның түрлі
қасиеттерін толығымен анықтаған сайын жеткіліксіз екендігін көрсетеді.
Металдардың жартылай өткізгіштерден айырмашылығы меншікті
өткізгіштіктің шамасымен анықталмайтындығын, ал ол меншікті өткізгіштіктің
температураға байланыстылығының сипаттамасымен анықталатынын
А.Ф. Иоффе көрсеткен болатын.
Жартылай өткізгіштер электролиттерден зарядтарды тасымалдаушының
түрлерімен ерекшеленеді: жартылай өткізгіштерде тоқ электрондар арқылы, ал
электролиттерде – иондар арқылы тасымалданады. А.Ф. Иоффенің анықтамасына
сәйкес жартылай өткізгіштерге электр өткізгіштігі электрондардың
тасымалдануы арқылы жүзеге асатын және өткізгіштігі температураның өсуіне
байланысты артатын материалдар жатады. Қазіргі кезде көп мөлшерде қоспа
ендірілген жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі температура өскенде
өспейтіндігі және төтенше өткізгіштік құбылысы болмайтындығы анықталып
отыр.
Қоспалардың әсерінен жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі артады.
Қоспаның әсерінен пайда болған өткізгіштікті қоспалы өткізгіштік деп
атайды. Кейбір қоспа жартылай өткізгіштердегі электрондар санын көбейтсе,
ал басқа біреулері кемтік санын көбейтеді.
Жұмыстың өзектілігі:
Бұл жұмыста индий мен галий антимонидтерінің қоспа ендірілген
кристалдарын зерттеу қарастырылған. Индий антимониді зоналық құрылымының
ерекшеліктерімен қатар концентрацияның үлкен интервалында монокристалдар
алу мүмкіндігінің болуымен ерекшеленеді . Индий антимониді жақсы
зерттелген жартылай өткізгіштің түрі болып есептеледі. Дегенмен, индий
антимонидінің фотолюминесценциясының зерттеуге арналған жұмыстар аз,
негізінен электрондардың концентрациялары аз кристалдар ғана
зерттелген. Қоспасы күшті ендірілген индий антимонидінің
фотолюминесценциясын зерттеу бойынша мәліметтер жоқ. Қоспа концентрациясы
болатын қоспа ендірілген индий антимонидінің кристалдарының
фотолюминесценциясын тереңірек зерттеудің маңызы зор. Индий антимонидінің
қоспа ендірілу дәрежесі артқан сайын оның фотолюминесцентік спектрінде
ерекшеліктер байқалумен қатар қоспаның табиғатына және ендірілу дәрежесіне
байланысты көптеген қызықты эффектілердің пайда болатынын көрсетеді. Қоспа
күшті ендірілген кристалдардағы сәулелену процестерін зерттеу
концентрациясы болғанның өзінде өткізгіштік зонасының параболалық
заңдылықтан ауытқып, Ферми энергиясы тиым салынған зонаның еніне
жуықтайтындығын көрсетеді.
Галий антимонидінің негізгі минимумға жақын орналасқан өткізгіштік
зонасының қосымша минимумы бар, сондай - ақ спин орбитальды
ыдырауының шамасы тиым салынған зонаның еніне шамамен тең. Бұл галий
антимонидін А3В5 қосылыстарының бірқатарынан ерекшелейді.Мысалы, бір ості
деформация нәтижесінде өткізгіштік зонасының экстремумдарының инверсиясын
жасауға болады. Галий антимониді жартылай өткізгішті оптоэлектроникада
қолданылатын ең қызықты материалдардың бірі болып табылады. Оны қолданудың
келешегі бұл материалдың шеткі сәулелену толқынының ұзындығы қазіргі кезде
қолданылатын талшықты байланысты сызығының минималь шығынына сәйкес келетін
спектральды облыста жататындығымен байланысқан. Осы көрсетілген галлий және
индий антимонидтерінің ерекшеліктері жұмыстың өзекті екендігін көрсетеді.
Жұмыстың мақсаты:
Индий мен галлий антимонидтерінің қоспа ендірілген кристалдарының
фотолюминесценциясын зерттеу. GaSв кристалын бір осьті деформациалау
нәтижесінде экстремумын алмастыру нәтижесінде өткізгіштік зонасының
экстремумын алмастыру арқылы L - минимумының кристалдың оптикалық
қасиеттеріне әсерін зерттеу және осы кристалды бір ось бойымен [111]
бағытында деформациялағанда оның өткізгіштік зонасының минимумдарының ығысу
жылдамдығын анықтау.
Ғылыми жаңалығы:
Индий антимонидінің қоспа ендірілген кристалдарының
фотолюминесценциясын қарастыру n – типті индий антимонидінің қысқа
толқынды сәулелену сызығы Ферми денгейінде орналасқан электрондардың
валенттік зонаның төбесіндегі кемтіктермен рекомбинациялануы нәтижесінде
пайда болатындығын көрсетті. GaSb кристалын бір осьті деформациялау
нәтижесінде оның зоналық құрылымының әр түрлі параметрлері яғни өткізгішті
зонасының Г және L – минимумдарының деформация потенциалдарының тұрақтылары
анықталды.
Практикалық құндылығы:
Жұмыста қарастырылған сұрақтар ғылыми мақсатымен қатар үлкен
практикалық маңыздылығы барлығын оптикалық және фотолюминесценциялық
құбылыстардың жартылай өткізгіш құралдарда кеңінен қолданылуы көрсетеді.
Қарастырылған кристалдарды қолдана отырып когеренттік сәулелену көздері
және кең спектральдық диапозондағы фотоқабылдағыштар дайындалады. Бұл
кристалдарға практикалық қызығулар олардың жартылай өткізгіштер
электроникасында кең қолданылумен де байланысты.Галлий антимониді әдеттегі
жартылай өткізгішті оптоэлектроникада пайдаланылатын ең қызықты
материалдардын бірі болып табылады. Оның қолдану мүмкіндіктері бұл
иатериалдың шеткі сәулелену толқын ұзындығы қазіргі кезде қолданылатын
талшықты байланысты сызығының минималь шығынына сәйкес келетін спектральды
облыста жататындығымен байланысқан.
І. Галлий және индий антимонидінің фотолюминесценциясы
3. Индий антимонидінің қоспа күшті ендірілген кристалдарын зерттеу
Индий антимониді А3В5 типті жартылай өткізгішті қосылыстардың көбірек
зерттелген түрі. Бұл оның тек ерекше қасиеттерімен ғана емес ( тиым
салынған зонаның ені кішкене электрондардың эффективті массасы аз), сонымен
қатар монокристалдарға қоспаларды кең интервалда (p-типті 1011-1020 см-3, n-
типті 1012-1019 см-3) қосу технологиясының қарапайымдылығымен байланысқан.
Қоспаның үлкен концентрациясы бар, яғни қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарын зерттеудің үлкен ғылыми маңызы бар. Қоспа күшті
ендірілген n-типті индий антимонидінің кристалдарындағы әр түрлі
эффекттерді зерттеу кезінде бірқатар аномалиялар табылады, олар қоспаның
ендірілу дәрежесіне ғана емес, сонымен бірге ендірілетін қоспаның сортына
да (яғни химиялық табиғатына) байланысты.
Қоспа ендірілген n-типті индий антимонидінің кристалдарындағы Холл
коэффициентінің температураға тәуелділігін 400К ( температураларда
зерттегенде n≥1018см-3 кристалдарында Rх-тың аномаль қасиеті байқалады. Бұл
Rх=f(Т) тәуелсіздігін негізгі минимумның түбірінен жоғары жатқан
өткізгіштік зонасының екінші минимумының әсері деп түсіндіруге әрекет
жасалды. Бұл қосымша минимумының параметрлеріне бағалау жүргізіледі.
Әр түрлі донорлық қоспалар бар, қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарында Холл коэффициентінің температуралық
тәуелділіктері едәуір ерекшеленетіні кейінірек анықталды. Бұл құбылыс
өткізгіштік зонасының қосымша минимумдарының әсерімен қаншалықты
байланысса, осы минимумдармен байланысқан қоспалы күймен соншалықты
байланысқан деген болжам айтылды. Бұл күйлер өткізгіштік зонасының негізгі
минимумының түбінен жоғары болады және олардың энергетикалық күйлері
қоспаның сортына тәуелді.
Әдебиетте осы қоспалы күйлердің (әдетте оларды резонансты деп атайды)
индий антимонидінің кристалдарындағы әр түрлі эффектілерге әсерін зерттеуге
арналған бірқатар жұмыстар бар. Әр түрлі донорлық қоспалар бар (теллур,
селен, сера) қоспа қүшті ендірілген индий антимонидінің кристалдарындағы
электрондардың эффективті массасының температураға тәуелділігін зерттеу
кезінде, авторлар [1,2] тәжірибе нәтижелерін өткізгіштік зонасының қосымша
минимумдарымен байланысқан резонансты қоспалы күйлердің әсерін қатыстырып
қана түсіндіре алады. Өткізгіштік зонасының L-минимумдарымен байланысқан
теллурдың, селеннің және күкірттің резонансты қоспалы күйлерінің
энергетикалық күйлеріне бағалау жүргізілді. Гидростатикалық қысым шартында
күшті қоспа ендірілген индий антимонидінде ауысу эффектісін зерттеуге
арналған бірқатар жұмыстар белгілі [1,2,3].
Қоспа күшті ендірілген кристалдардағы (n1018см-3) Холл коэффициентінің
гидростатикалық қысымға тәуелділігі ендірілетін қоспаның сортына
байланысты. Теллур, селен және күкірт ендірілген кристалдар үшін Rx=f(g(
тәуелдіріктерінен өткізгіштік зонасының қосымша (L) минимумдармен
байланысқан осы донорлық қоспалардың резонансты қоспалы деңгейлерінің
энергетикалық күйлері анықталды.
∆Ете=0,6эв; ∆Еse=0,5эв ∆Es=0,4эв
Энергия өткізгіштік зонасының негізгі минимумының түбінен бастап
есептелді. Әр түрлі донорлық қоспалары бар, қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарын гидростатикалық қысым түсіру арқылы зерттеу
нәтижелерін электрондардың қоспа иондарынан, тордың оптикалық, акустикалық
тербелістерінен, шашырау теориясымен түсіндіруге болмайтындығы анықталды.
Тәжірбиелердің нәтижелерін түсіндіру үшін, ендірілетін қоспалардың қасиетін
ескеретін қоспаның қысқа-әсер ететін потенциялындағы шашырауын ескеретін
қосымша шашырау механизмі [4] ендірілген.Әр түрлі донорлық қоспалары бар
[5], қоспа күшті ендірілген индий антимонидінің кристалдарындағы термоЭҚК-
нің үлкен гидростатикалық қысымға байланыстылығын тереңірек зерттеу, жалпы
теориялар шеңберінде түсіндіре алмайтын, бірқатар қызықты аномалияларды
табуға мүмкіндік берді. Электрондардың қозғалғыштығы мен термоЭҚК
гидростатикалық қысымға байланыстылығы резонансты шашырауды, яғни
өткізгіштік зонасының әр түрлі қосымша минимумдарымен байланысқан қысымның
әсерінен резонансты қоспалы күйлердің беттесуін ескеріп түсіндіруге
мүмкіндік болды.
Қоспа күшті ендірілген индий антимонидінің кристалдарына Кейннің
зоналық моделінің қолданбалығын тексеруге арналған бірқатар жұмыстарды айта
кеткен жөн. Осы зерттеулердің нәтижесінде, қоспа күшті ендірілген индий
антимонидінің кристалдарына Кейннің моделін, қоспаның ендірілу дәрежесінің
Ферми деңгейінің күйіне және тиым салынған зонасының еніне әсерін
ескергенде ғана қолдануға болатындығы анықталды.
4. Индий антимонидінің рекомбинациялық сәулеленуі
Индий антимонидінің рекомбинациялық сәулеленуі әлсіз және қиын
бақыланады. n-типті индий антимонидінің кристалдарының фотолюмин-
есценциясын зерттеу бойынша жүргізілген жұмыстар әдебиетте аз кристалдарды
зерттеуге арналған.
Индий антимонидінің рекомбинациялық сәулеленуін тұңғыш рет Мосс
зерттеді. Ол үшін таза кристалдардан бөлме температурасындағы оптикалық
қозуды пайдаланды. Сәулелену максимумы 7-8 мкм толқын ұзындығына сәйкес
келетін жолақ байқалды. Бұл сызықты автор зонааралық рекомбинациямен
байланыстырады, себебі сәулелену спектрінің максимумының орналасуы таза
индий антимонидінің тиым салынған зонасының еніне жуықтап сәйкес келеді.
Кейінгі жұмыста [6] электрлік инжекция көмегімен индий антимонидінің р-
n алмасуының сәулеленуі зерттелді. 20 К температурада индий антимонидінің
оптикалық сәулелену рекомбинациясын зерттегенде сәулелену максимумы
һ(1=0,234эв және Һ(2=0,200эв болатын екі меншікті сызықтары және
Һ(3=0,216эв, Һ(4=0,230эв болатын қоспалы сызықтары бақыланады.
Жұмыстың авторлары [7] сәулелік ауысулардың қозу деңгейіне тәуелділігін
зерттеді. Қозудың үлкен деңгейінде n-типті индий анитимонидінің таза
кристалдарының фотолюминесценция спектрлерін зерттеп авторлар сәулелену
спектрінің кеңейетінін байқады.
Индий антимонидінің төмен температуралық шеткі люминесценциясын зерттеу
жұмыстарында, жұту шетіне жақын орналасқан интенсивті дублетті жолақ
байқалды. Максимумдар энергиясы қысқа толқынды бөлігіне 0,236 эв және ұзын
толқынды бөлігі үшін 0,233 эв құрайды. Авторлар бұл сызық бейтарап терең
акцептор-экситон комплексінің рекомбинациясының нәтижесі деп тұжырымдайды.
Төмен температураларда индий антимонидінің таза кристалдарындағы
сәулелену рекомбинациясының ерекшеліктері [8] жұмыстың авторымен
қарастырылған.
Индий антимонидінің кристалдарының фотолюминесценциясын зерттеуде
келесі екі жұмыс қызығушылық тудырады. Мурадьян және Фэн [17] оптикалық
қозу әдісімен 77 К мен 4,2 К температураларында n және р -типті индий
антимонидінің монокристалдарының үлгілерінде зерттеді. Зона аралық
ауысулармен байланысты сәулелену, оптикалық фононның қатысуымен сәулелену
және акцепторлық қоспалары бар ауысу байқалды. Сұйық азот температурасында
InSb азғындалмаған үлгісі үшін фотолюминесценция спектрі негізінен ұзын
толқынды меншікті сәулеленуден тұрады. n5-1015 см-3 концентрациясы бар n
және р-типті индий антимонидінің үлгілерінің фотолюминесценциясын зерттеу
кезінде осыған ұқсас спектрлер алынады. ІnSb азғындаған үлгілерінің n-типті
жағдайында сәулелену спектрінің максимумы жоғарғы энергиялар жағына ығысады
және кеңейеді.
Авторлар тасмалдаушылар концентрациясы 5(1013см-3-тан 3,5(1017см-3-қа
дейін болатын n-типті индий антимонидінің фотолюминесценция спектрлерін
зерттеді. Ені 8,5 мЭв болатын сәулелену спектрі тек қана концентрациясы
1,4(1016см-3 болатын үлгілерде байқалады. Тасымалдаушылар концентрациясын
арттырғанда сәулелену спектрінің ені де артады. Тәжірбиенің нәтижелерін
талқылап, авторлар концентрациясы n= 2,5(1017см-3 болатын қоспа ендірілген
кристалдардың сақталу заңы бұзылатын ауысулар байқалады деп тұжырымдады.
Мұндай қорытындыға авторлар, 77 К температурасында қоспа күшті ендірілген п-
типті индий антимонидінің фотолюминесценциясын зерттеп келді. Сонымен қатар
бұл жұмыстағы Патлей И. және т.б авторлар энергиялары 228, 216 және 224 мЭв
болатын қоспалы деңгейлер сериясын тапты.
n-типті және р-типті индий антимонидінің үлгілерінің спектрінде
электрондардың өткізгіштік зонадан 7,5 мЭв ионизация энергиясы бар кейбір
коспа деңгейіне көшуімен байланысты сәулелену жолағы байқалады. Бұл
сәулелену жолағы мырыш ендірілген кристалдарда айқын көрінеді. Холл
эффектісін зерттеулерден мырыштың акцепторлық деңгейінің ионизация
энергиясы 8 Mэв тең екендігі белгілі.
Германий ендірілген кристалдарда акцепторлық деңгеймен байланысқан
әлсіз сәулелену жолағы ұшырасады. Индий антимонидіндегі германий не
акцептор сияқты, не донор сияқты бола алады.
Электрлік өлшеулердің нәтижесі германийдің акцепторлық деңгейі
валенттік зонаның төбесінен 10 мЭв жоғары жататындығын көрсетеді. Индий
антимонидінің сәулелену рекомбинациясын зерттеу германийдің акцепторының
ионизация энергиясы 17 мЭв-қа тең екендігін анықтайды. 224 мЭв сызығының
бар болуы [5] жұмыста айтылған. Көрсетілген статьялардың авторлары бұл
сызық қоспалы сәулеленумен байланысқан деп болжады. Мурадьян және Фэн бұл
сызықты сұйық геллий температурасында индий антимонидінің барлық таза
кристалдарында бақылап, бұл сызық 11 мЭв деңгейі беретін (не валенттік
зонаның төбесінен, не өткізгіштік зонаның түбінен, яғни деңгейдің түрі
анықталмаған) қоспалармен немесе тордың дефектілерімен байланысты деген
қорытындыға келді.
4,2 К температурасында индий антимонидінің барлық таза кристалл-дарында
сәулелену максимумы 212,5 мЭв болатын сызық табылды. [9] жұмыстың авторы
бұл сызық оптикалық фононның сәулеленуімен электронды - кемтіктік
рекомбинациямен байланысты деп болжады. Сызықтық сәулелену
интенсивтілігінің оларды қоздыратын жарықтың интенсивтілігіне тәуелділігін
зерттеп, Мурадьян және Фэн сызықтық сәулелену интенсивтілігі қоздыратын
жарықтық интенсивтілігіне қарағанда квадратты турде өзгеретіндігін
көрсетті. Бұл сызықтық максимумы мен меншікті сәулеленудің ара қашықтығы (
22 МЭв) шамамен индий антимонидінің оптикалық фононының энергиясына сәйкес
келеді.
Бұл жұмыста [9] сондай-ақ магнит өрісінің фотолюминесценцияға әсерінің
нәтижесі келтіріледі. Температура 77 К және 4,2 К болғанда 33 К дейін
магнит өрісіне қойылған фотолюминесценция зерттелді. Нәтижесі 77 К
температурасында магнит өрісі қойылғанда меншікті сәулеленудің жолағы
ажырайды және жоғарғы энергиялар жағына қарай ығысады.
[10] жұмыс индий антимонидінің сәулелену рекомбинациясының максимумын
оптикалық инжекция әдісімен зерттеуге арналған. Зерттеулер 300, 200, 100
және 12 К температураларда n және р-типті индий антимонидінің
кристалдарында жүргізіледі. Бақыланатын индий антимонидінің сәулеленуі,
сәулелену максимумы Һ(Еg тең кең жолақты береді.
Сәулелену спекрінің максимумы температураның төмендеуімен жоғарғы
энергиялар жағына ығысады. Сәулелену спектрінің төменгі энергиялы шетінің
нөлге экстрополяциясы кезінде, 300 К - 177 мЭв, ал 200 К - 196 мэв
энергияның мәндерін береді. Бұл мәндер сәйкес температураларда индий
антимонидінің тиым салынған зонасының еніне сәйкес келеді. Бұл басқа
сәулелену сызығының белгілерімен қоса авторларға сәулелену тікелей
зонааралық сәулеленіп өтуімен байланысқан деп айтуға мүмкіндік береді.
[11] жұмыстың авторы 215, 228, 209, 186 және 193 мэв максимумдары бар
сәулелену сызықтарының сериясын бақылады. Сәулелену сызығының
интенсивтілігінің қоздырушы жарықтың интенсивтілігіне тәуелділігін зерттеп
және оптикалық фононның берілген энергияларын пайдаланып авторлар 215 Mэв
сызығы оптикалық фононның сәулеленуімен тікелей емес зона аралық
рекомбинацияның нәтижесі болып табылады деп болысады.
Алтын мен күміс ендірілген индий антимонидтерінің кристалдарын
зерттегенде, тікелей осы қоспалардың бар болуымен байланысты сызықтар
табылды. Күміс ендірілген кристалдарда сәулелену максимумы 209 және 186 Mэв
сызықтар бақыланды, ал алтын ендірілген кристалдарда энергиясы 192 Mэв
сызық табылды.
Мырыш ендірілген индий антимонидінің кристалдарының сәулелену
спектрінде энергиясы 228 мэв сызық байқалды. Бұл сызық зона мырыштың ұсақ
акцепторлық деңгейімен сәулеленіп өтуімен байланысқан деген болжам айтылды.
Бұл сызықты Мурадьян және Фэн бақылаған.
Қоспа көп ендірілген индий антимонидінің кристалдарының сәулелену
спектрі (n=4,8(1017 см-3 теллур ендірілген) таза кристалдардың сәулелену
спектрінен кеңірек. Интенсивтіліктің жартысындағы сәулелену сызығының ені
60 мэв құрайды, ал сәулеленудің максимумы 297 мэв энергияға сәйкес келеді.
Сәулелену спектрінде үлкен шұңқыр СО2 жұтылуына сәйкес келеді. Қатты
азғындаған индий антимонидінің кристалында 222 мэв энергия шамасында
спектрдің қысқа толқынды қанатында иілу түріндегі әлсіз сызыққа рұқсат
етіледі. Қоспа көп ендірілген кристалдардың сәулелену спектрі өткізгіштік
зонаның донорлық күйімен өзара әсерлесу нәтижесінде ұлғаятындығын және тиым
салынған зонаның енінің таралатындығын көрсетеді. Бұл жұмыста 12 К және 100
К температураларда индий антимонидінің сәулелену спектрінің ерекшеліктері
зерттелді. Жоғарыда айтылғандардан индий антимонидінің (сәулелену
спектрінің) рекомбинациялық процестерін зерттеу жүмыстарының көбінде, не
таза кристалдарға не 4,8(1017 см-3 аспайтын концентрацияға дейін қоспа
ендірілгендер туралы мәліметтер бар. Біз концентрациясы 5(1017 см-3, көп
индий антимонидінің кристалдарындағы рекомбинациялық процестерге тереңірек
зерттеу жүргізу, әсіресе n10 см-3 кристалдарына тереңірек зерттеу
жүргізілу керек деп есептейміз. Дәл осындай концентрацияларда қоспалардың
ендіру дәрежесімен және химиялық табиғатымен байланысқан бірқатар қызықты
эффекттер [12] табылды. Қоспа күшті ендірілген n-типті индий антимонидінің
кристалдары, сәулелену процестерін зерттеу үшін n (1018см-3 өткізгіштік
зонасы параболалық заңдылықтан ауытқығандықтан, үлкен қызығушылық тудырады.
Ферми энергиясы тиым салынған зонаның ((0,22эв) еніне жақын болады. Тағы да
бір қызығы күшті қоспа ендірілген индий антимонидінің кристалдарында
плазмалық тербелістердің энергиясы шама жағынан тиым салынған зонаның еніне
жуықтайды.
1.3 Галлий антимонидінің зоналық құрылымының ерекшеліктері
Алмаз құрылымы тәрізді, периодтық жүйенің үшінші және бесінші
топтарының қосылыстары кристалданатын мырыш түріндегі кристалдық қүрылым
өзара кіріспелі екі гранецентрленген кубтық торлардан тұрады. Бұл құрылым
екі тор атомдарының түрліше болуымен алмаздан ерекшеленеді. Көп жағдайда
құрылымы мырыш тәрізді жартылай өткізгіштердің энергетикалық спектріне
ұқсас келеді. Негізгі ерекшеліктері инверсияға қатысты симметрияның
шоқтығымен түсіндіріледі.
Егер спин-орбиталдық әсерлесуді ескермесе, онда мырыш симметриясы X
және L нүктесіндегі экстремумдармен ажыратылады ІnSb, ІnАs, GаSЬ, ІnВ және
GаАs қосылыстарындағы өткізгіштік зонасының ең төменгі минимумы =0
орналасқан GаSЬ және GаАs сияқты осы қосылыстардың кейбіреуінде X және L
нүктесіндегі басқада жоғарғы экстримумдардың энергиясы бойынша Т
нүктесіндегі минимумға жақындығы соншалықты бұл тасмалдау құбылыстарында
оптикалық процестер 'және тағы басқаларда маңызды роль атқарады.
Галлий антимонидін қысымға байланыстылығын [13] зерттеу барысында
Брилиюэн зонасының орталығында орналасқан өткізгіштік зонасының негізгі
минимумын ғана емес, сонымен қатар 111 және 100 бағытындағы қосымша
минимумдарды да ескеруді қажет етеді. Галлий антимонидінің термоЭҚК, Холл
тұрақтысының электр кедергісінің қысымға байланыстылығын Сагар мен Миллер
тереңірек зерттеді. Р2500кгсм2 қысымда екі минимумының энергетикалық ені
0,075 эк болды, ал одан жоғары Р=2500 кгсм2 қысымда х минимумының әсері
байқалды.
Кейс пен Поллак GаSЬ пьезокедергі коэффициентінің қысымға
байланыстылығынан электр өткізгіштікке екі минимумдағы электрондар
қатынасатындығын зерттейді. Авторлар L-минимумдағы күйлердің тығыздығына
қарағанда негізгі минимумдағы күйлердің тығыздығы анағұрлым аз деген
қорытындыға келді. Негізгі минимумдағы аз мөлшердегі электрондар аз ғана
қысымда өздерінің үлкен қозғалғыштығына байланысты, электр өткізгіштікке
үлкен үлес қосады. Бірақ жан-жақтан үлкен қысым түсіргенде негізгі минимум
L - минимумға жақынырақ жоғары қарай ығысады және одан электрондар L -
минимумға ауысады. Сондықтан үлкен қысымдарда электрондардың L -
минимумдардан электрон өткізгіштікке үлесі артады.
1.4 Галлий антимонидінің кристалдарының фотолюминесценциясы
Галлий антимонидінің рекомбинациясын зерттеген көптеген жұмыстар бар.
Бұл қосылыстың фотолюминесценция спектрі күрделі болып табылады. Қандай да
бір қоспаларды ендіру және де әр түрлі сыртқы әсерлер, сәулелену сызығының
максимумы мен пішініне қатты әсер етеді. Сондықтан әр түрлі авторлардың
зерттеулерінде қандай да бір сәулелену сызығының табиғаты туралы ортақ
қөзқарас жоқ. Қоспасы жоқ р - GаSb кристалдарының фотолюминесценция
спектрінде екі сәулелену сызығы [14] байқалды. М.Д Кампос және т.б
мәліметтері бойынша фотолюминесценция спектріндегі Һ(1=0,797эв және
Һ(2=0,776эв максимумдары температураға әлсіз тәуелді болып келеді. Бұл
авторлардың көзқарасы бойынша, жоғарғы энергиялы сызық қоспаларда
байланысқан экситондардың рекомбинациясымен байланысты.
Кюрегян А және т.б өлшеулері бойынша сәулеленудің максимумдары
температураға байланысты Һ(1 максимумының, 10 К мен 90 К дейінгі
температуралар аралығында 0,800 эв-тан 0,780 эв-ке ығысады. Олар бұл
сызықты, басқа да (Johnson В.І ) авторлар сияқты [9], зона аралық
рекомбинациямен байланыстырылады, ол сәулелену максимумының температура
өсуімен бірге ұзын толқынды жаққа ығысуын тиым салынған зонаның таралуымен
түсіндіреді. Һ(2 сызығының пайда болуын көптеген авторлар [15]
электрондардың өткізгіштік зона мен табиғи акцептордағы рекомбинациямен
байланыстырады.
Әр түрлі қоспалар ендірілген галлий антимонидінің фотолюминесценциясы
[12] жұмыстарында зерттелген. Теллур донорларын ендіру арқылы алынатын аз
қоспа енгізілген және компенсацияланған кристалдар спектрінде жаңа ұзын
толқынды сызық Һ(3 пайда болады да сәулеленудің негізгі сызығы өшеді.
Автордың пікірінше [12] Һ(З сызығы өткізгіштік зонамен-терең табиғи
акцептордағы электрондардың рекомбинациямен байланысты. Бұл сызықтың
максимумы қоспалардың концентрациясына және қозу деңгейіне байланысты.
Теллур енгізілген n - GаSЬ үлгілерінің фотолюминесценция спектрлерін
зерттеп, авторлар сәулеленудің ұзын толқьшды сызығы А(h(3=0,720 ( 0,730 эв)
электрондардың табиғи акцепторларға өтуінен пайда болады деген қорытындыға
келді. Қоздыру дәрежесін арттыра отырып авторлар [12] максимумдағы
энергиясы 0,780 эв және 0,790 эв болатын тағы екі жоғары энергиялы А және В
сызықтарын тапты. Олардың ойынша А сызығы екі кемтікті қамту нәтижесінде
бейтарап болған акцептордан электрондардың рекомбинациялануының нәтижесі,
ал В сызығы сол бейтарап центрімен байланысқан экситонның сәулеленуімен
анықталады. Сонымен қатар авторлар байланысқан экситонның әдеттегі
сызықтарына қарағанда В сызығы әлдеқайда кеңірек деп көрсетіледі және осы
кең жолақты электрондардың зона-зоналық сәулеленуі бар екендігі туралы
болжам айтады. Ұзын толқынды А сызығының қоздыру дәрежесіне байланысты,
қысқа толқынды жаққа ығысу байқалды. Оны авторлар теңгерілмеген
тасмалдаушылар концентрациясының артуы кезінде Ферми деңгейінің
көтермелеуімен түсіндіреді.
[14] жұмыстарында теллур қоспасының артуына байланысты галлий
антимонидінің фотолюминесценциясы зерттелген. Сәулеленудің бір ғана
сызығынан тұратын фотолюминесценция спектрінің максимумы қоздырудьщ аз
деңгейінде электрондардың концентрациясы 3(1017 см-3 -тан 4,7(1018см-3
дейін өсетін болса 0,710 эв-тан 0,800 эв-қа дейінгі спектрдің қысқа
толқынды жағына ығысады. Мұндай жағдайды бурштейндік ыгысумен
байланыстырып, (сәулеленіп ауысулардың алғашқы күйі болып аз қоспа
ендірілген кристалдардың ауысуларына қатысқан ионизациялау энергиясы 0,1
мЭв болатын терең акцепторлық деңгейлер табылады( - деген қорытындыға
келді. Сәулелену сызықтарының пішінін есептеу үшін осы деңгейлерден күй
тығыздығын анықтайтын Моргон теориясы қолданылады.
Кюрегян А.С және т.б авторлар қозудың үлкен деңгейлерінде қоспа күшті
ендірілген кристалдардың фотолюминесценциясын зерттеп, сәулеленудің негізгі
сызығынан басқа максимумы Һ(=0,805 эв, болатын жоғарғы энергиялы сызықты
тапты. Оның максимумы қозу деңгейі мен қоспа ендірілу дәрежесіне тәуелді
емес. Сәулеленудің негізгі сызығы электрондар концентарциясының өсуімен
спектрлердің жоғарғы энергиялы жағына ығысады және электрондардың
концентрациясы 2(1018 см-3-тан үлкен концентрацияда Һ(=0,805 эв сызығымен
бірігеді. Һ(=0,805 эв сызығын авторлар зонааралық рекомбинациясымен
байланыстырады, бұл кездің өзінде де бұл сызықтың электрондар
концентрациясына тәуелділігі жөніндегі мәселе шешусіз қалды. Бұл құбылыс L
- минимумдардың нәтижесінде Ферми деңгейінің анықталуына байланысты деген
болжам айтылуда. Негізгі сызық зона-терең акцептор ауысуларына сәйкес
келетін сызықтың максимумына қарағанда төмен болуы керек. Бірақ Кюрегян А.С
және т.б авторлар электрондар концентрациясы ~2(1018см-3 болғанда бұл
сызықтың бірігуін бақылайды.
100 осі бойынша кристалл сызығында n - GаSЬ сәулелену спектрінде
едәуір өзгерістер байқалады. Аз қысымда (А-,А,В) сызықтары 100 осі
бойынша қысым кезіндегідей ығысады, бірақ қысым Р=5000 ( 6000кгсм2-тан
бастап бұл тәуелділік қанығып, сонан соң сызықтар аз энергия облысына
ығысады. А мен А- сызықтарына қарағанда В сызығы үлкен жылдамдықпен
қозалады. Фотолюминесценция спектрлерінің мұндай күйіне авторлар [12]
рекомбинация өтетін терең күйлердің пайда болуымен және L - минимумдардың
жанама түрде эсер етуімен түсіндіріледі.
p-GаSb фотолюминесценциясы бір осьті сызылу деңгейінде зерттелді, қысым
жоқ кезде 4,2 К болғанда р-GаSb сәулелену спектрінің максимумдары 0,777
эв(А°2) және 0,795 эв (В) болатын екі сызықтан тұрады. [111] осі бойынша
бір осьті созылу кезінде А°2 сызығы dЕdР=1,8(10-3 мэвкг.см2 жылдамдықпен
қысқа толқынды жаққа қарай ығысады, ал В сызығының жылдамдығы dЕdР=8(10-3
мЭвкгсм3 Р=2000 кгсм2 қысымнан бастап энергия шкаласы бойынша В сызығының
ығысу жылдамдығы А°2 сызығының ығысу жылдамдығымен салыстырылады. Осы
қысымда қысқа толқынды жақтан, бос экситондардың аннигиляциясымен
түсіндірілетін, жаңа түзу 0,810 эв(а) пайда болады.
P=8000 кгсм2 қысым кезінде барлық сызықтардың интенсивтілігі (α-
сызығының да) тез арада азая бастайды, ал сызықтардың энергия бойынша
ығысуы қанығып, Р=1000 кгсм2 қысымынан бастап ұзын толқынды жаққа ығысады.
Бұл жайлар өткізгіштік зонасының α жазықтығының әсер етуімен түсіндіріледі.
Авторлардың айтуынша [5] жұмыстағы n-GаSb алынған нәтижелерге қарағанда,
бұл жұмыста р-GаSb сәулелену рекомбинациясына α жазықтығының едәуір аз
әсері байқалады. n-GаSb-де сызықтардың максимумдардының ұзын толқынды жаққа
ығысуы бұрынырақ басталады. Жұмыстағы n-GаSb алынған нәтижелерге қарағанда,
бұл жұмыста р-GаSЬ сәулелену рекомбинациясына а жазықтығының едәуір аз
әсері байқалады.
n-GаSb-де сызықтардың максимумдардының ұзын толқынды жаққа ығысуы
бұрынырақ басталады.
1.5 Гетероструктураларда ішкі кернеудің пайда болу себептері
Шала өткізгіштік техниканың дамуы соңғы онжылдықтарда
гетероструктуралардың, яғни, химиялық құрамдары әртүрлі, эпитаксиальдық
қабат пен негізден тұратын системалардың еөптеп қолдануына байланысты.
Көпшілік жағдайларда гетероструктураларды жасау оларды қолданатын
температуралармен салыстырғанда жоғарырақ температураларда жүзеге
асырылады. Өсіру температурасынан кейін суу немесе кристалдану процестері
кезінде гетероструктураларда кернеу пайда болады. Кернеу пайда болуының
негізгі себептеріне мыналар жатады: [1,2]
1. Жанасатын материалдардың тор периодтарының әртүрлілігі ∆а;
2. Жанасатын материалдардың сызықтық ұлғаюының температуралық
коэффициенттерінің әртүрлілігі ∆α;
3. Эпитаксиальдық қабат қалыңдығы бойымен құрам градиентінің болуы;
4. Шекаралық қабатта структура ақауы концентрациясының жоғарылығы.
Эпитаксиальдық қабаттарда негізгі рольді тор периоды сәйкессіздігі
кернеуі мен сызықтық ұлғаю коэффициенттің әртүрлілігінен болатын термиялық
кернеу атқарады.Пайда болатын кернеу оларды шамасына, эпитаксиальдық
структура материалының иілгіштігіне, өсірілген қабаттың қалыңдығына және
өсірудің жылулық шартына байланысты дислокация пайда болуымен біртіндеп
релаксацияланады, ал қалдық кернеу эпитаксиальдық структурада серпімді
кернеу тудырады.
Кернеу сызықтық ұлғаю коэффициентінің әртүрлілігінен пайда болған
жағдайда серпімді кернеудің таралуын гетероструктура парметрлерімен
байланытыратын негізгі қатынасты алғаш рет Тимошенко С.П [3] анықтаған. Ол
қатынасты кубтық симметриялық эпитаксиальдық структуралар үшін изотопты
жуықтап мына түрде жазуға болады [4]
δzz =0 δxx(z)= δyy(z)= δ(z)
δэқ (z)=-δmax [1-] (1.5.1)
δнегіз(z)=δmax
мұндағы δэқ – қабаттағы кернеу, δнегіз – негіздегі кернеу,
δmax=2G(1+v)f(1-v),
G-ығысу модулі, v-Пуассон коэффициенті, 2Н-эпитаксиалдық структура
қалыңдығы, t-эпитаксиалдық қабат қалыңдығы. Координаттық жүйенің ху
жазықығы эпитаксиалдық структураның қалыңдығы бойынша ортасында орналасқан,
ал z бағыты струкура бетіне перпендикуляр орналасқан.
F=
(∆α-қабат пен негіздің сызықтық ұлғаю коэффициенттерінің айырмасы, ∆Т-
суыту интервалы, а-тор периоды).
Жалпы жағдайда эпитаксиалдық структурада кернеудің таралуының мынадай
ерекшеліктері бар:
а) координатасы zi =H-t қабат – негіз бөліну шекарсынан өткенкезде
кернеудің шамасы мен таңбасының өзгеруі;
б) δнегіз (zm)= 0
Zm =
шартынан анықталатын, координатасы негіздің нөлдік деформация
жазықтығынан (бейтараптық m) өткенде кернеудің таңбасының өзгеруі.
В) δэқ(zm)= 0 шартын қанағаттандыратын, координатасы z= қабаттың
нольдік деформация (бейтараптық n) жазықтығы арқылы өткенде, кернеудің
таңбасының өзгеруі (1-сурет). Эпитаксиалдық қабатта нейтраль t c2
болғанда пайда болады.(с- негіз қалыңдығы).
Эпитаксиалдық қабатты өсірудің бастапқы кезеңінде, гетероструктураның
бос энергиясының минимум болуына тырысатындығын көрсететін псевдоморфты өсу
болады деп есептелінеді. Шындығнда, негіздің бетінде тор түйіндерінде
атомдардың периодты орналасуынан болатын потенциалды бедер болады. Негіз
затына шөгетін жеке атомдарға негіз торын жалғастыра құрып, потенциалдық
шұңқырларға орналасқан энергетикалық тиімді. Атомдар тығыздығының өсуіне
байланысты қабат затына тән атом аралық өзара әсерлесу күші пайда бола
бастайды.
Бөліну шекарасында байланыс күшінің болуы, атом аралық қашықтықтар
бірдей болатындай эпитаксиалдық қабат пен негіздің деформациясына әкеледі,
яғни
аi1 = аi2 (1.5.2)
1,2 – индексі негіз бен эпитаксиалдық қабатқа сәйкес келеді.
а1,а2 бір- біріне жуық болғанда, бөліну шекарасында деформацияның
секірмелі өзгерісі
ε2іі–ε1іі ≈ ≡-f1
(1.5.3)
1-сурет. Гетероструктура қалыңдығы бойымен қоспа концентрациясының (а)
және кернеудің (б) таралуы.
ху координаттарға тәуелді емес. f1- тор периоды сәйкессіздігі. εхх, εуу
деформациясы бөліну шекарасына нормал бағытта
εzz =- v(εхх+εуу) (1-v)
деформациясын туғызады. Сондықтан, егер қабаттың бастапқы торы кубтық
симметриялы болса, онда тордың тетрогональдық ауытқуы пайда болады:
ах 2 = ау 2 ≈ а2 (1+ ε2хх), аz 2=(1+ εуу) (1.5.4)
Термиялық кернеу мен сәйкессіздік кернеуі арасындағы айырмашылық
белгілі бір дәрежеде шартты екендігін ескертеміз. Бұл олардың пайда болуы
себептерінің әртүрлілігін және олардың релаксациялану шартының
әртүрлілігін көрсетеді. Термиялық кернеу өзінің максимал мәніне жоғары емес
температураларда, көбінесе А3 В5 жартылай өткізгіштерінің пластикалық
релаксациялану ықтималдығы аз болатын бөлме температурасында жетеді, ал
сәйкессіздік кернеуі эпитаксиалдық қабат өсу барысында, яғни жоғары
температурада, гетероструктура жеткілікті иілгіш болған жағдайда пайда
болады. Кернеудің екі түрінің де болу себебі бір тор периоды сәйкессіздігі
болғандықтан олардың гетероструктурада таралуы бірдей сипатта болады. (тек
∆α ∙ ∆Т ∆а а-ға ауыстырылады).
1.6 Дислокацияның пайда болуы
Егер системада кернеу шамасы берілген материалда дислокация болуына
сәйкес келетін шектік кернеу шамасынан артық болатын болса, онда система
пластикалық деформацияланып, дислокация түзіледі. Жоғарыда айтылғандай,
эпитаксиалдық структураларда дислокация пайда болуының негізгі себебі
сәйкессіздік кернеуі болып табылады. Бұндай дислокацияларды сәйкессіздік
дислокациясы (СД) деп атайды.
Сәйкессіздік дислокациясы бөліну шекарасы жазықтығында орналасады және
түзу сызықты дислокациялық сызықтар торын түзеді деп есептелінеді. Сонымен
қатар дислокациялар бөліну шекарасына негізден келіп түсуі немесе
өсірілетін қабатқа көлбеу сырғанау жазықтығы бойымен сырғу арқылы өтуі
мүмкін. Бұндай жағдайда сәйкес Бюргерс векторы бөліну шекарасы жазық-
тығына және дислокация сызығына бұрыш жасай бағытталады.
Гетероструктураларда серпімді кернеудің релакциялану процесін сипаттау
үшін жасалынған алғашқы жұмыстардың бірі Франк пен Ваньдер-Мервенің 1969
жылы жарық көрген жұмысы [5] болып табылады. Бұл жұмыста қарастырылған
теорияның негізгі жетістігі, шамасы белгілі бір критикалық мәнге жеткенде
біртекті серпімді деформацияланған күйден бөліну шекарасы жазықтығында
сәйкессіздік дислокациясы пайда болатын күйге өту байқалатын қалыңдық
болатындығын алдын ала айтқандығы. Бірақ оның эксперимент нәтижесімен
сәйкес келуі онша дәл емес. Эпитаксиалдық қабаттың қалыңдығы мен қалдық
серпімді деформация нақты эпитаксиалдық структураларда Ван-дер-Мерве
теориясының алынған мәнінен анағұрлым үлкен болады. Бұндай жағдайлар А3
В5 тобы негізінде алынған гетероструктураларға тән болып табылады.
Сәйкессіздік дислокациясының пайда болуының негізгі механизмі Бюргерс
векторы бөліну шекарасына көлбей бағытталған негізден қабатқа өсіп енетін
дислокацияның сырғуы болып табылады. Бұндай жағдайда өсіп шығатын
дислокация, оның бір бөлігі бөліну шекарасы жазықтығына сәйкессіздік
дислокациясы ролін атқаратын дислокациялық сызықтар орын алатындай болып
иіледі. Дислокацияның керілу күші мен дислокацияға эпитаксиалдық қабат
жағынан әсер ететін күшті теңестіре отырып, Мэтьюз қабатының критикалық
қалыңдығы үшін мынадай өрнек алынған:
фотолюминесценция сызығы максимумының 77 және 300К темпера-туралардағы
энергетикалық орындарының айырмасында да орын алады, яғни
∆ћvmax= ћv max (77К)- ћv max (300К)
∆ћvmax шамасы дислокация тығыздығының N мәні аз болғанда, жуықтап
~44 мЭв құрайды.
Тс = (1.6.1)
Мұндағы b- дислокацияның Бюргерс векторы шамасы, α- дислокация
сызығы мен Бюргерс векторы арасындағы бұрыш, λ- сырғанау бағыты мен бөліну
шекарасы жазықтығындағы, осы жазықтық пен сырғанау жазықтығы қиылысу
сызығына перпендикуляр бағыты арасындағы бұрыш.
Эксперимент нәтижелері t0 - ның нақты мәні (1.5.2) формуласымен
есептелген эпитаксиалдық қабаттың кризистік мәнінен әлдеқайда артық
екендігін, және де сәйкессіздік шамасы кеміген сайын бұл алшақтықтың
өсетінін көрсетеді. Бұндай алшақтықтың (1.5.2) формуласында негіз шексіз
деп алынғандықтан болуы мүмкін.
Негізден эпитаксиалдық қабатқа өсіп шығатын дислокацияның майысуынан
болатын сәйкессіздік дислокациясының түзілуі, көптеген зерттеу
жұмыстарында байқалған. Бірақ оларды сандық түрде экспериментті
қанағаттандырарлық теория жоқ. Оның себебі теориялық қарастыруларда
көптеген жеңілдіктер жіберілуден.
Эпитаксиалдық структуралардағы серпімді кернеудің релаксациялану
ерекшеліктерін қарастырғанда пластикалық деформация эпитаксиалдық қабатта
да, негізде де болатынын ескеру қажет. Көптеген эксперимент нәтижелері,
структураны өсіру барысында, әсіресе жоғары температурада өсіргенде,
гетероструктурада кернеудің елеулі қайта таралуын болдыратын, негіздің
пластикалық иілетіндігін көрсетеді. Системада серпімді кернеудің
релаксациялану процесіне негіздің пластикалық деформациясының қосатын үлесі
сәйкессіздік шамасымен, негізбен эпитаксиалдық қабат қалыңдықтарының
қатынасымен, және де жұмыс температурасындағы олардың механикалық
қасиеттерінің қатынастарымен анықталады.
Практикада гетероструктураның псевдоморфтық күйінен сәйкессіздік
дислокациялы күйіне өтуінің критериіне эпитаксиалдық қабаттың белгілі бір
қалыңдығындағы кризистік сәйкессіздік шамасын алған ыңғайлы. Дислокация
тығыздығының бөліну шекарасында тор периоды сәйкессіздігіне тәуелділігін
зерттеуге көптеп жұмыстар жасалынған. Бұл жұмыстар зерттеулерінің
нәтижесінен кристалдық торы ең жоғары жетілген эпитаксиалдық қабат
эпитаксия температурасында бөліну шекарасында тор периоды сәйкессіздігі
нольге жуық немесе тең болғанда алынады деп қорытындыланады.
∆а≈0 аймағында көлбеулік дислокация тығыздығы да, сәйкессіздік
дислокация тығыздығы да минимал болады.
1.7 InAs және GaSb негізінде алынған қатаң ерітінділердің
люминесценциялық қасиеттері
А3 В5 тобы қатаң ерітінділерінің ішінде ерекше орын алатын материал-
дар, тиым салынған зонасы ені 2 ÷5 мкм спектр алқабына сәйкес келетін
қатаң ерітінділер. Бұндай қоспаларға InAs, InSb және GaSb негізінде
алынған қатаң ерітінділер жатады.
InGaAsSb қатаң ерітіндісі тиым салынған зона енінің өзгеру аймағының
кеңдігімен (1,5÷5 мкм) көңіл ауарады. Бұндай аймақ шегінде GaSb және InAs
негіздерімен изопериодты қатаң ерітінділер өсіруге мүмкін болады.
Құрамы жағынан GaSb-ге жуық In1-x GaxAsySb1-у эпитаксиалдық
қабаттың фотолюминесценциялық қасиеттері [6,7] жұмыстарда зеттелген.
[7] жұмыста құрамы х = 0,91 ÷ 0,92, у = 0,07 ÷ 0,08, GaSb негізіне
сұйық фазалы эпитаксия әдісімен алынған GaSb және In1-x GaxAsySb1-у
эпитаксиалдық қабатының фотолюминесценция спектрі зерттелген. Қоспа
ендірілмеген GaSb эпитаксиалдық қабаттың 4К температурадағы
фотолюминесценциялық спектрінде эксиондар мен ұсақ акцепторлар қатысуымен
болатын сәуле шығарудың бірқатар максимумдары байқалған. Ал қоспа
ендірілмеген InGaAsSb қатар ерітіндісінің (4-300К) температура
аймағындағы спектрінде бір ғана сәулелену жолағы және оның энегетикалық
орны қоздыру деңгейіне еместігі байқалған. 300К температурада
ћvmax=0,64эВ, бұл зерттелініп отырған қатаң ерітіндінің теориялық
есептелген тиым салынған зона еніне Еg сәйкес келеді. Температура
төмендеуіне байланысты, ћvmax 710 мЭв-қа дейін өседі (4К). Бұл жолақтың
өзгеріс ерекшеліктері [7] авторларына оның максимумы күй тығыздығы шеті
қатысуымен болатын квази зона аралық рекомбинациямен анықталады деп
есептеуге негіз болады. Осыған байланысты, қатаң ерітіндіде ең жақын ұқсас
GaSb -ге тән, структураның меншікті нүктелік ақауларымен байланысқан
акцепторлық центрлер болмайды деп қорытынды жасалынған.
[7] жұмыстың авторлары сонымен қатар n және p типті өткізгішті
InGaAsSb мен GaSb қатаң ерітіндісінің фотолюминесценциялық спектрін
қоспалау дәрежесіне байланысты қарастырған. Зерттеу нәтижесінде p-
InGaAsSb қатаң ерітіндісінің фотолюминесценция спектрі NGe =1 ∙ 1019см-3
жеткенде жалпаятындығы алынды. Концентрацияның осындай аймағында осындай
жағдайлардың болуы ұсақ акцепторлар қатысуымен болатын шектік сәуллену
өтуінің үлес көрсетеді. Бұл 4К температурада анық байқалады, себебі онда бл
өтулер басым болады. Ал n- InGaAsSb эпитаксиалдық қабатының
фотолюминесценция спектрінде NTe өсуіне байланысты иондалу энергиясы ~ 75
мэВ локальды акцепторлық центрлердің қатысуымен болатын өту пайда болады
және 77К температурада шеттік сәулеленудің интенсивтігі кемитіндігі
байқалады. NTe артқанда интенсивтіліктің кемуі төмен температураларда Еg -
ћvmax =75-80 мэВ локальды центрлер қатысуымен болатын өтудің қосатын үлесі
артатындығынан түсіндіріледі.
[7] жұмыстың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz