Исследование люминесценции примесей и дефектов
в полупроводниковых структурах

В.В.Ушаков, Е.А.Боброва, В.М.Коннов

Дефекты и примеси оказывают существенное влияние на свойства полупроводников и характеристики полупроводниковых приборов. Поскольку дефекты в твердых телах могут возникать в результате воздействия быстрых частиц и жестких излучений, в ходе технологических операций при производстве твердотельных приборов, а также в процессе их эксплуатации, то проблемы физики кристаллов с дефектами тесно связаны с радиационной стойкостью материалов, технологией твердотельных приборов и их деградаций, ограничивающей срок службы и надежность приборов. С другой стороны, специфические свойства некоторых примесей (переходных и редкоземельных элементов) позволяют использовать их для получения качественно новых полупроводниковых материалов с богатыми возможностями применения в оптоэлектронике.
В течение последних лет развита комбинированная методика получения низкоразмерных структур на основе полупроводников III-V и II-VI, легированных редкоземельными элементами. Технология основана на сочетании молекулярно-лучевой эпитаксии и ионной имплантации. Развиты методы введения в полупроводниковые структуры III-V и II-VI примесей-активаторов, необходимых для оптической активации редкоземельных примесей. Установлено, что кислород является важной составной частью редкоземельных люминесцентных комплексов в этих соединениях. Показано, что в квантово-размерных структурах интенсивность люминесценции (в расчете на единицу концентрации) центров на основе Yb3+, находящихся в квантовой яме, более чем на порядок превышает таковую в барьере. Столь сильное различие обусловлено, по-видимому, эффектами пространственного ограничения электронно-дырочных пар.
Ведутся исследования особенностей легирования и оптического возбуждения локальных центров в условиях квантоворазмерных ограничений полупроводниковых матриц (эпитаксиальные структуры, пористые материалы, полупроводниковые нанокристаллы в диэлектрической матрице).Люминесцентными методами изучается природа излучающих центров и характеристики оптических переходов в структурах, содержащих нанокристаллы Si в матрице диоксида кремния. Эффективный перенос энергии возбуждения от нанокристаллов к локальным центрам переходных и редкоземельных элементов с квазиатомной структурой энергетических уровней открывает возможности использования таких структур в светоизлучающих и телекоммуникационных системах.
Развита фотолюминесцентная диагностика полупроводниковых структур III-V и II-VI. Для получения дополнительной информации о свойствах исследуемых структур развита методика микрофотолюминесценции, которая  позволяет получать (с разрешением ~ 5 мкм) данные о латеральном распределении по пластине центров люминесценции и центров безызлучательной рекомбинации. Методами низкотемпературного микрофотолюминесцентного спектрального анализа и имиджинга исследовано взаимодействие остаточных примесей и точечных дефектов с межзеренными и двойниковыми границами раздела, а также единичными дислокациями и их скоплениями в теллуридах кадмия и цинка.

Фото (слева) и люминесцентный образ (справа) монокристаллического зерна CdTe на длине волны примесного излучения