Фотолюминесценция эпитаксиальных слоев GaP, полученных из расплавов на основе индия

  • Дмитрий Иванович Бринкевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владислав Савельевич Просолович Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Юрий Николаевич Янковский Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Зоир Тохир Кенжаев Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан
  • Байрамбай Канатбаевич Исмайлов Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан

Аннотация

Исследованы эпитаксиальные слои фосфида галлия, выращенные на подложках GaP и легированные редкоземельными элементами (РЗЭ) Gd и Dy в процессе кристаллизации из расплавов-растворов на основе In в интервале температур 975– 670 °C. Концентрация РЗЭ в эпитаксиальных слоях была ниже предела обнаружения рентгеноспектральным анализом (0,01 ат. %). Измерение спектров фотолюминесценции проводилось в диапазоне температур 4,2–300,0 К. В спектрах исследованных образцов наблюдались типичные для монокристаллического GaP линии: линия экситона, связанного на сере и фосфоре, а также серия узких линий на фоне широкой полосы, обусловленной донорно-акцепторной парой с участием примесей углерода и серы. В ближнем инфракрасном диапазоне (1,4 –1,8 эВ) присутствовала широкая полоса, обусловленная суперпозицией четырех полос с максимумами вблизи 1,53; 1,69; 1,85 и 1,35–1,40 эВ. Спектральная форма и интенсивность этой полосы зависели от условий роста и легирования. Введение Gd и Dy в расплав-раствор приводило к появлению узкой Х-линии (λ = 541 нм). Ее интенсивность возрастала с увеличением концентрации РЗЭ в расплаве. Интегральная интенсивность фотолюминесценции во всей исследуемой области длин волн также возрастала при добавлении РЗЭ в расплав-раствор. Скорее всего, это связано с увеличением времени жизни неравновесных носителей заряда в GaP : РЗЭ. Упомянутая X-линия наблюдалась и в особо чистых слоях GaP. Однако ее интенсивность была значительно ниже, чем в эпитаксиальных слоях GaP : РЗЭ. Экспериментальные данные объясняются геттерированием в расплаве донорных примесей (S, Se, Te) и образованием дефектов акцепторного типа (предположительно, VP или GaP) в эпитаксиальных слоях фосфида галлия при введении в расплав РЗЭ.

Биографии авторов

Дмитрий Иванович Бринкевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Владислав Савельевич Просолович, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий научно-исследовательской лабораторией спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Юрий Николаевич Янковский, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Зоир Тохир Кенжаев, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан

кандидат физико-математических наук; доцент кафедры цифровой электроники и микроэлектроники факультета электроники и автоматики

Байрамбай Канатбаевич Исмайлов, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан

кандидат физико-математических наук; доцент кафедры цифровой электроники и микроэлектроники факультета электроники и автоматики

Литература

  1. Mauk MG. Liquid-phase epitaxy. In: Kuech TF, editor. Handbook of crystal growth. Volume 3, Thin films and epitaxy: basic techniques, and materials, processes, and technology. 2nd edition. Amsterdam: Elsevier; 2015. p. 225–316. DOI: 10.1016/B978-0-444-63304-0.00006-8.
  2. Hu R, Chatratin I, Ho QD, To QD, Bryant GW, Janotti A. Rare-earth impurities in III–V semiconductors and their alloys. In: Bulletin of the American Physical Society. APS March meeting – 2024: Monday – Friday, March 4–8, 2024; Minneapolis and virtual [Internet]. College Park: American Physical Society; 2024 [cited 2024 April 1]. Available from: https://meetings.aps.org/Meeting/MAR24/Session/F05.5.
  3. Huang SR, Lu X, Barnett A, Opila RL, Mogili V, Tanner DA, et al. Characterization of the microstructure of GaP films grown on {111} Si by liquid phase epitaxy. ACS Applied Materials and Interfaces. 2014;6(21):18626–18634. DOI: 10.1021/am503448g.
  4. Vaisman M, Tomasulo S, Masuda T, Lang JR, Faucher J, Lee ML. Effects of growth temperature and device structure on GaP solar cells grown by molecular beam epitaxy. Applied Physics Letters. 2015;106(6):063903. DOI: 10.1063/1.4908181.
  5. Gorelenok AT, Kamanin AV, Shmidt NM. Rare-earth elements in the technology of III−V compounds and devices based on these compounds. Semiconductors. 2003;37(8):894–914. DOI: 10.1134/1.1601656.
  6. Jones R. Structure and electrical activity of rare-earth dopants in semiconductors. Optical Materials. 2006;28(6–7):718–722. DOI: 10.1016/j.optmat.2005.09.005.
  7. Pyshkin S, Ballato J, Bass M, Turri G. Evolution of luminescence from doped gallium phosphide over 40 years. Journal of Electronic Materials. 2009;38(5):640–646. DOI: 10.1007/s11664-009-0678-6.
  8. Brinkevich DI, Vabishсhevich SA, Prosolovich VS, Yankovski YuN. Redkozemel’nye elementy v monokristallicheskom kremnii [Rare-earth elements in monocrystalline silicon]. Navapolack: Polotsk State University; 2003. 204 p. Russian.
  9. Brinkevich DI, Kazuchits NM, Petrov VV. Epitaxial layers Si : (Sn, Yb) produced by the crystallization from the melt-solution on the basis of Sn. In: Pomrenke GS, Klein PB, Langer DW, editors. Rare earth doped semiconductors: symposium held April 13–15, 1993, San Francisco, California, USA. Pittsburgh: Materials Research Society; 1993. p. 79–84 (Materials Research Society symposium proceedings; volume 301). DOI: 10.1557/PROC-301-79.
  10. Cristea MJ. Capacitance-voltage profiling techniques for characterization of semiconductor materials and devices. Emerging Trends in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering: An International Journal. 2014;1(3):29–38.
  11. Masterov VF, Zakharenkov LF. [Rare-earth elements in AIII BV semiconductors: a review]. Physics and Technics of Semiconductors. 1990;24(4):610–630. Russian.
  12. Garcia JA, Remon A, Dominguez-Adame F, Piqueras J. Study of radiative transitions in the range 1.5–2.1 eV in GaP. Materials Chemistry and Physics. 1991;28(3):267–274. DOI: 10.1016/0254-0584(91)90081-5.
  13. Borschensky VV, Brinkevich DI, Petrov VV, Prosolovich VS. Monocrystal dislocationless Si : Ge, grown from the melt with Gd impurity. In: Pomrenke GS, Klein PB, Langer DW, editors. Rare earth doped semiconductors: symposium held April 13–15, 1993, San Francisco, California, USA. Pittsburgh: Materials Research Society; 1993. p. 73–78 (Materials Research Society symposium proceedings; volume 301). DOI: 10.1557/PROC-301-73.
  14. Brinkevich DI, Kazuchits NM, Kryukov VL, Petrov VV, Furmanov GP. [Epitaxial layers of silicon obtained by crystallization from tin-based melt-solutions]. Neorganicheskie materialy. 1992;28(3):473–475. Russian. EDN: AEKUGX.
  15. Brinkevich DI, Vabishchevich NV, Prosolovich VS. Micromechanical properties of GaP < Dy > epilayers. Inorganic Materials. 2012;48(8):768–772. DOI: 10.1134/S0020168512070047.
Опубликован
2024-06-04
Ключевые слова: фосфид галлия, эпитаксиальные слои, редкоземельные элементы, фотолюминесценция, кристаллизация из расплавов-растворов
Поддерживающие организации Работа выполнена в рамках государственной программы научных исследований «Материаловедение, новые материалы и технологии» (подпрограмма «Наноструктурные материалы, нанотехнологии, нанотехника (“Наноструктура”)», задание 2.16). Авторы признательны Н. А. Соболеву за помощь в измерении спектров фотолюминесценции и обсуждение экспериментальных результатов.
Как цитировать
Бринкевич, Д. И., Просолович, В. С., Янковский, Ю. Н., Кенжаев, З. Т., & Исмайлов, Б. К. (2024). Фотолюминесценция эпитаксиальных слоев GaP, полученных из расплавов на основе индия. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 108-114. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6282
Выпуск
№ 2 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика и техника полупроводников

Copyright (c) 2024 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).