Относительно остальных механизмов ИР можно сказать следующее. Экситонные полосы отсутствуют даже при очень низких температурах, так как сильное экранирование подвижными дырками препятствует обоазованию этих экситонов. Условия наблюдения (диапазон температур, состав А™В) полос DXV, DXA и Nx аналогичны условиям для слаболегиррванных полупроводников, рассмотренных выше. Таким образом, при достаточно высоких температурах (Г> 150... 200 К) в излучательной рекомбинации доминируют (ГУ+ГЛ)-переходы.

Рассмотрим слабокомпенсированные прямозонные полупроводники и-типа (Kk=Na/Nd<zO,2; x<zxc)y В интересующем нас диапазоне концентраций доноров 10<Лв< 10 см- они, по определению, являются промежуточно легированными.

В диапазоне

(0.8... 3,0) • 10" см-з «iV„p < Nor < 0,1 а-з л; (1... 3) -10" см-з

(2.15)

промежуточно легированные соединения А™В п-типа по многим электронным свойствам близки к слаболегированным. Энергетический зазор между ядром донорной зоны и дном зоны проводимости исчезает при Nor-OylorDr, хвост донорных состояний быстро спадает в глубь запрещенной зоны (£о=1". 3 мэВ).

При Njjr>NKp экситонные полосы отсутствуют даже при очень низких температурах, так как сильное экранирование подвижными электронами («эЛг») препятствует образованию этих экситонов. Краевое излучение, таким образом, может формироваться ГУ-, ОГ-, ГА- и СГЛ-переходами. Температура, при которой ОГ-переходами по отношению к Г1/-переходам вообще можно пренебречь, определяется соотношением Ncr<iNDr. При 7>100К в рассматриваемом диапазоне (2.15) в.сегда доминируют ГУ-переходы.

Все рассмотренные выше аргументы по отношению к ОГУ- и ГУ-переходам остаются в силе и в случае ОГА- и ГЛ-переходов, так что при Г>100К вкладом /ЗГЛ-полосы в спектры люминесценции по сравнению с ГЛ-полосой можно пренебречь.

Сравнивая интенсивности ГУ- и ГЛ-переходов, легко прийти к выводу, что при

Л.»Л/ог/Скехр(-) (2.16)

будут доминировать ГУ-переходы. В рассматриваемом случае (2.15) и /Ск<0,2 это, безусловно, должно иметь место при Т> >100 К, что и наблюдается в экспериментах. В диапазоне концентраций

(1... 3). 10" см-з о, 1 а-з < Nor < см-з (2.17)

промежуточно легированные прямозонные соединения А™В и-типа по многим свойствам близки к сильнолегированным. При

Л)г~ЫO см~з зона проводимости и донорная зона сливаются в единую электронную зону, причем вблизи £°с (положение края зоны проводимости в чистом полупроводнике) в плотности электронных состояний нет никакого локального максимума.

Начиная с очень низких температур, основной вклад в краевое излучение дают ГУ- и ГЛ-переходы. Преобладание Г1/-переходов описывается соотношением (2.16), в котором Еа необходимо заменить Еа=!{Мвг)- в рассматриваемом диапазоне концентраций (2.17) и Кк<.0,2 ГУ-переходы, безусловно, доминируют при Г> >200 К.

Обсудим зависимость коэффициента Brv от Nor в прямозонных соединениях А™в п-типа, легированных в интервале 10 cм-з<:Лдг<:10 см-. Если электронный газ не вырожден (достаточно высокие температуры), то Brv не должен зависеть от Nor и по величине должен быть таким же, как и в полупроводнике р-типа данного состава (см. рис. 2.8). При Г=300К Brv = const до тех пор, пока ЛсгЛв-(0,7 ... 1,0) • 10 см-. При фиксированной температуре с увеличением Мвг в области Nr>r>fin коэффициент захвата должен уменьшаться, так как волновой вектор к электронов, находящихся вблизи уровня Ферми, по модулю все более отличается от нуля. в итоге оказывается, что при Г== = 300 К зависимость Вг{Ма) для A"B и-типа близка к зависимости Brv {Nor) для полупроводника р-типа такого же состава. Зависимости Вг{Ма), приведенные на рис. 2.8, будут использоваться в дальнейшем для расчетов различных эффектов при Г= = 300 К как в А™в р-типа, так и п-типа проводимости.

2.3. РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ , В НЕПРЯМОЗОННЫХ МАТЕРИАЛАХ

в соответствии с анализом энергетического спектра непрямо-зонные соединения А™в и- и р-типа, легированные мелкими донорами и акцепторами в диапазоне 10 см-з<:Лг.л:(.Лл) < Ю см-, являются слаболегированными полупроводниками. в соответствии с непрямым характером зонной структуры излучатель-ный переход происходит между состояниями с различной величиной квазиимпульса (рис. 2.9).

в области непрямозонных составов практический интерес представляют тройные системы AlGai-xAs, GaAsi-Pa;, Ini a;Ga5cP и

четверная система Ini-xGa»;Pi-zAsz. в пределе непрямозонности z-vO) все они редуцируются к бинарному соединению GaP. Поэтому во всем последующем анализе совокупность хорошо .известных и надежных теоретических представлений и экспериментальных данных

Рис. 2.9. Схема основных излучательных переходов в непрямозонном полупроводнике АВ

по люминесцентным свойствам GaP будет использована как своеобразная опорная система.

Подробное описание люминесценции в GaP приведено в [14, 55]. На основе данных, опубликованных в [14, 55] и в более поздних работах, можно сформулировать, следующие выводы.

1. Межзонная {XV) и акцепторная [ХА) полосы люминесценции отсутствуют в широком интервале температур (7=2 ... 400 К). При 7:200 К электроны находятся на уровнях DX-доноров и (XУ-переходы не выдерживают конкуренции с DXA- и DXV-переходами. При Г200 К доноры ионизируются, и, казалось бы, в краевом излучении должна проявляться ХУ-полоса. На самом же деле в интервале 7=200... 400 К в краевое излучение GaP существенный вклад дает излучательная рекомбинация непрямых свободных экситонов с участием фононов, так как, во-первых, энергия связи этих экситонов достаточно велика (£°еж=21±2 мэВ [32]) и, во-вторых, Bex>Bxv (при 7=300 к коэффициент захвата 5хт~5-10~* см-с" [30], в то время, как будет показано ниже, Вех (2 ... 5) • 10-з смз с-1).

2. Донорно-акцепторные полосы наблюдаются при достаточно низких температурах. При одинаковой концентрации пар типа Dvip-ДПоа, 1)1р Л1Ур, Z?v iIg и Diva-Л1р наибольшую интенсивность люминесценции дают пары, в которые входят Лр-до-норы (Те, S, Se) и мелкие акцепторы (Бе, Mg, Zn, С), так как в этих парах преобладают излучательные переходы без участия фононов. Бесфононные переходы становятся возможными благодаря тому, что у 1)1р.доноров существенный вклад в волновую функцию локализованного электрона вносит прямой Г=1-минимум. С ростом температуры дырки, локализованные на акцепторах, ионизируются в валентную зону, и при 7> 150 К ДХЛ-полосы исчезают. При очень низких температурах £)ХЛ-полосы должны наблюдаться вплоть до Ndx(Ma) = 10 см, так как а-вхаа<€. 1. Энергия максимума бесфононной полосы hvEg-Edx-Еа-

3. Донорная полоса {DXV) люминесценции разгорается по мере гашения ОХА-тпосы. Аналогично бесфононным экситонным переходам могут происходить бесфононные переходы в донорно-акцеп-торных парах, если доноры являются элементами VI группы. DXV-полоса наблюдается в широком интервале температур (7 = 60... ...400 К), максимум ее интенсивности обычно соответствует

- 200 К- При 7>200К полоса постепенно сменяется полосой рекомбинации свободных экситонов. Спектральная зависимость интенсивности в «квазипрямой» донорно-акцепторной полосе имеет вид [56]

I{hv)

hv-{Eg - Eiyx) kT

mhp [ hv - [Eg - Ex)

(\АЕхг\ + \Еох\)

(2.18)