Анотація до роботи:

Рибалко А.В. Лазерна спектроскопія напівпровідникових кристалів ZnSiP₂ і ZnGeP₂.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико – математичних наук за спеціальністю 01.04.10 – фізика напівпровідників та діелектриків. – Волинський державний університет ім. Лесі Українки. Луцьк, 2002.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню власного і резонансного двофотонного поглинання, зонної структури, глибоких локальних центрів і комплексів та генераційно-рекомбінаційних процесів в маловивчених напівпровідникових кристалах ZnSiP₂ і ZnGeP₂ тетрагональної модифікації. Досліджувались нелеговані і леговані хромом кристали ZnSiP₂, які були вирощені методом хімічних транспортних реакцій і методом кристалізації із розчину в розплаві олова; кристали ZnGeP₂ вирощувались методом хімічних транспортних реакцій і методом Бріджмена: невідпалені і відпалені разом з Zn. Вперше виявлено і досліджено резонансне двофотонне поглинання в ZnSiP₂ і ZnGeP₂. В ZnSiP₂ експериментально виявлено 18 критичних точок першого роду в зоні провідності і у валентній зоні. В кристалах ZnGeP₂ виявлено 19 критичних точок. В ZnSiP₂ і ZnGeP₂ виявлено по 11 типів локальних центрів і встановлені глибини залягання відповідних їм енергетичних рівнів в забороненій зоні. Визначені перерізи домішкового поглинання випромінювання неодимового лазера в кристалах ZnSiP₂ і ZnGeP₂. Визначені дефектні центри, яким належать реальні проміжні стани резонансного двофотонного поглинання і час поперечної релаксації електронів на цих центрах. Проведені дослідження впливу підсвічування.

1. Комплексними дослідженнями інтенсивнісних, спектральних, поляризаційних, кутових і релаксаційних залежностей проведено розділення однофотонних і когерентних двофотонних процесів в кристалах ZnSiP₂ і ZnGeP₂ тетрагональної сингонії. В ZnSiP₂ і ZnGeP₂ виявлено ВДФП дипольно дозволено-забороненого типу з вкладом континууму екситонних станів.

2. Вперше в ZnSiP₂ виявлено РДФП. На спектрах когерентного нелінійного поглинання в ZnSiP₂ проявляються спектральні лоренцеві лінії з максимумами при сумарних енергіях двох квантів і 3,16 еВ. Показано, що РДФП здійснюється через реальні проміжні стани, які належать домішковим центрам d. Визначений час поперечної релаксації електронів на d- центрах при РДФП, який дорівнює 5,610^-14 с і відношення концентрацій цих центрів в легованих хромом і нелегованих вирощених методом хімічних транспортних реакцій зразках ZnSiP₂, яке становить 1,9.

3. На спектрах ZnGeP₂ вперше була виявлена лоренцева спектральна лінія двофотонного поглинання з максимумом при , дослідження якої показало, що вона належить резонансним двофотонним переходам через реальні проміжні стани b – центрів. Визначений час поперечної релаксації електронів на центрах при РДФП, який дорівнює 3,910^-14 с. Встановлено, що РДФП в ZnSiP₂ і ZnGeP₂ є дозволено-дозволеного типу, який зумовлений змішаною симетрією станів, що належать глибоким домішковим центрам.

4. Виявлено, що при збільшенні інтенсивності підсвічування пучком третього джерела, який містить кванти світла від 0,87 еВ до 0,98 еВ спостерігається в ZnGeP₂ інверсія знаку , а при підсвічуванні спектром (0,98 еВ; 1,09 еВ) – інверсія знаку . Аналіз цих явищ показав, що вони зумовлені перезарядкою центрів а і b під дією підсвічування.

5. В ZnSiP₂ і ZnGeP₂ виявлено 18 і 19 критичних точок першого роду відповідно (рис.1 і рис.2).

6. На нелегованих кристалах ZnSiP₂, які були вирощені методом хімічних транспортних реакцій, були виявлені три типи дефектів: а, b, d з рівнями енергії 1,25/0,88 (а); 1,06/1,04 (b); 0,96/1,15 (d). На вирощених методом хімічних транспортних реакцій і легованих хромом кристалах ZnSiP₂ виявлені d-, g-, l- домішкові центри з рівнями енергії 0,96/1,15 (d); 0,66/1,45 (g) і 1,28/0,82 (l). При легуванні кристалів хромом діркова провідність змінюється на електронну, що стає причиною зникнення а- центрів, а зникнення b–центрів пояснюється входженням їх разом з атомами хрому в асоціації. b–домішкові рівні енергії поблизу середини забороненої зони є характерними для центрів, що складаються з двох катіонних і однієї аніонної вакансії, які в нейтральному стані утримують дірку. При заповненні аніонної вакансій іонами хрому створюються нові асоціативні g-центри донорного типу. Поява l - центрів пояснюється амфотерністю атомів хрому. Вони заміщуються у вузлах гратки ZnSiP₂ атомами Si, створюючи негативно заряджені центри , для нейтралізації яких необхідна енергія 1,28 еВ. Ця енергія витрачається на переведення електрона із зарядженого центра l в зону провідності. У вирощених методом кристалізації із розчину в розплаві олова зразках ZnSiP₂ були виявлені домішкові центри і, j, r з енергетичними рівнями 0,78/1,32 (і); 1,71/0,42 (j); 1,16/0.94 (r). Виявлене велике переважанням перерізу захоплення дірок із V – зони над перерізом захоплення електронів із С – зони j – центрами.

7. Проведено дослідження впливу підсвічування спектром на поглинання в точці еВ і І₁=6 МВтcм^-2 вирощених методом кристалізації із розчину в розплаві олова зразках ZnSiP₂. На спектрі поглинання, що відповідає і-центрам, була виявлена спектральна смуга з краєм при еВ і дві сходинки в сторону просвітлення при еВ і 2,10 еВ. На відповідних спектрах j – центрів проявляються сходинки просвітлення з довгохвильовими краями при =1,16; 1,33; 1,77 і 2,10 еВ. На спектрі r- центрів була виявлена вузька смуга просвітлення кристалу з довгохвильовим краєм при =0,81 еВ і сходинка з довгохвильовим краєм 1,94 еВ.

8. У вирощених методом хімічних транспортних реакцій кристалах ZnGeP₂ було виявлено домішкові центри: з енергетичними рівнями 1,16/0,87 (a); 0,93/1,09 (b); 1,72/0,32 (d) і 0,67/1,37 (е).В кристалах ZnGeP₂, вирощених методом Бріджмена і невідпалених проявляються центри з рівнями енергії 0,92/1,08 (b); 1,11/0,90 (s); 0,72/1,30 (r); 0,61/1,39 (t); 0,54/1,46 (p); 0,33/1,72 (o), а також спектральна смуга з максимумом при =1,84 еВ, яка була віднесена до міждомішкових переходів між о-центрами і мілкими акцепторами (можливо, Si_Ge або C_Ge). У кристалах ZnGeP₂, вирощених методом Бріджмена і відпалених з Zn, були виявлені - центри. Тобто при відпалі зникають o - і p - центри, але виникають нові центри и і F з рівнями енергії 0,46/1,56 (u) і 1,06/0,99 (F). Завдяки відсутності о – центрів зникає смуга еВ. Зникнення o- центрів при відпалі можна пояснити входженням o- центрів в асоціації, якими являються , а зникнення p- центрів - зайняттям вакансії Ge цинком, в результаті чого одержуємо s – центри.

9. Визначені перерізи домішкового поглинання випромінювання неодимового лазера (див. пункт 9 наукової новизни).

Основні результати дисертаційної роботи викладені в наступних публікаціях:

1. Пацкун І.І., Рибалко А.В. Амплітудна лазерно-модуляційна спектроскопія ZnSiP₂.//УФЖ. – 1998. - №.8. - С.916-920.

2. Пацкун И.И., Рыбалко А.В. Двухфотонная спектроскопия ZnSiP₂// Оптика и спектроскопия. - 1999. - Т.87, № 1. - С. 55-61.

3. Patskun I.I., Rybalko A.V. Laser spectroscopy of optoelectronic phenomena in ZnSiP₂ crystals//Functional materials. – 2000. – V.7, №3. - P.416-420.

4. Рибалко А.В. Лазерна амплітудна спектроскопія ZnSiP₂//Тези доповідей XIII Національної школи–семінару “Спектроскопія молекул та кристалів”. – Суми. – 1997. – С.91.

5. Пацкун І.І., Рибалко А.В. Дослідження глибоких домішкових центрів в ZnGeP₂//Тези доповідей XIII Національної школи – семінару “Спектроскопія молекул та кристалів”. – Суми. – 1997. – С.90.

6. Patskun I.I., Rybalko A.V. Two-ray laser spectroscopy of deep local centers in ZnSiP₂//Proc. INTAS – Ukraine Workshop on Condensed Matter Physics. – Lviv. – 1998. – P.129.

7. Patskun I.I., Rybalko A.V. Self-absorption and resonant bi-photon absorption in ZnSiP₂//Proc. XIV International School-Seminar Spectroscopy of molecules and crystals. – Odessa. – 1999. – P.118.

8. Пацкун І.І., Рибалко А.В. Дослідження домішкової і зонної енергетичної структури ZnGeP₂ тетрагональної модифікації//Тези V Всеукраїнської наукової конференції “Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики”. - Київ. – 2000. – С.186.

9. Patskun I.I., Rybalko A.V. Laser spectroscopy of ZnGeP₂//Proc. XV International School-Seminar Spectroscopy of molecules and crystals. – Chernihiv. – 2001. – P.224.

Цитована література

10. L.Pasemann,W.Cordts,A.Heinrich and I.Monecke. Band Structure Calculation of ZnSiP₂//Phys.Stat.Sol.(b). - 1976, Vol.77, P.527-533.

11. Limpijumnong S., Lambrecht WRL, Segall B. Electronic structure of ZnGeP₂: a detailed study the band structure near the fundamental gap and its associated parametrs// Phys. Rev. – 1999, Vol.60, №11. – P.8087-8096.

12. Грищенко Г.П., Любченко О.В., Тичина І.І. Процеси рекомбінації в монокристалах ZnSiP₂ р – типу//УФЖ. – 1978. - Т.23, №6. - С.958-964.