Динамічне підпорогове дефектоутворення у вузьких напівпровідниках А...В...

Грубу оцінку ефективного перерізу розсіяння можна оцінити наступним чином. Коефіцієнт поглинання світла можна податити в наступному вигляді [4]

, (1)

де - концентрація відповідних центрів розсіяння та переріз розсіяння (поглинання) кванта світла відповідно; - число різних за своєю природою центрів розсіяння; - знак суми.Для монохроматичного випромінювання знаком суми в (1) можна знехтувати, у цьому випадку, звичайно, ми маємо один механізм поглинання (розсіяння). Для власного поглинання світла число центрів розсіяння рівне атомній густині решітки. Для InSb ~ 4×1021cм-3; для рубінового лазера =2×105 cм-1. У цьому випадку переріз ефективного розсіяння (поглинання) одного кванта світла дорівнює 5×10-17cм-2. Для якісної оцінки ефекту анізотропії поглинання лазерного випромінювання скористаємося схемою решітки, наведеної на мал.4. Зв'язок 1 - чисто ковалентний, тому що для InSb та InAs його довжина дорівнює сумі ковалентних радіусів відповідних іонів. Для InSb довжина зв'язку 1 дорівнює 2,8×10-8 cм. Кут між напрямком {110} та зв'язком 1 дорівнює 37,5°. Значення “довжини розсіяння” при таких допущеннях рівне 7×10-9 cм. Ефективна довжина ковалентного зв'язку 1 для кристалографічних напрямків {110} та {111} дорівнює 1,56×10-8 cм та 2,33×10-8 cм відповідно. Для сферичної, еліптичної та гантельної конфігурацій ефективний переріз розсіяння змінюється в межах (4 - 6)×10-17 cм-2. Менше значення перерізу розсіяння ніж квадрат “ефективної довжини” пояснюється великими розмірами іонів In та Sb [5]. Ця оцінка коефіцієнта анізотропності поглинання (розсіяння) випромінювання з урахуванням ефективної поверхневої густини ковалентних зв'язків є наступною . Приблизно ж таке співвідношення між концентраціями донорних центрів антимоніду індію отриманих за допомогою опромінення імпульсами рубінового лазера для відповідних кристалографічних напрямків (рис. 4). Саме короткий час взаємодії оптичного випромінювання з антимонідом індію й дозволяє зв'язати спостережувані ефекти з механізмами власного поглинання оптичного випромінювання (у цьому випадку з розсіянням світла на зв'язку 1 рис. 4).

Однак тут не цілком зрозумілим є механізм утворення дефектів у цих напівпровідниках. При такому співвідношенні між енергією кванта та шириною забороненої зони кожен квант може “порвати” 3-4 зв'язки антимоніду індію та 2-3 зв'язки арсеніду індію. Це також відповідає температурній залежності холлівської рухливості носіїв у опроміненій області. Однак, все таки, як дати відповідь на запитання: чому ж виникають дефекти? На це питання можна відповісти наступним чином. За час взаємодії оптичного випромінювання відбувається “опустошення” зв'язків 1 (рис. 4). Іони індію та сурми в області цього зв'язку знаходяться на мінімальній відстані один від одного. Цілком ймовірно, що “спустошення” відповідних зв'язків призводить до зміщення якраз іонів, які відповідають за ці зв'язки. Вони зміщуються в область “меншої” густини. Так виникають дефекти. Навіть якщо пов'язати час “спустошення” зв'язків із часом життя нерівноважних носіїв (10-7 с.), то за цей час іони з енергією порядку ширини забороненої зони можуть зміститися на відстань, достатню для утворення дефекту. Чим більша інтенсивність збудження, тим більше нерівноважних дефектів утворюється і тим триваліший час вони живуть. Такими дефектами при низьких інтенсивностях опромінення можуть бути віртуальні пари Френкеля, віртуальні дислокації (лінійні дефекти, розмірами більше як по 3-4 атоми у відповідному кристалографічному напрямку). Енергія активації та відпалу таких дефектів співрозмірна з енергією їхнього утворення, тобто порядку . Процес первинного дефектоутворення в кристалах та пов'язаний із різною рухливістю атомів індію, сурми та миш'яку, атоми індію в решітці більш рухливі, а в міжвузлях менш рухливі, ніж атоми сурми. Так, коефіцієнт самодифузії атомів індію в антимоніді індію при кімнатній температурі на три порядки більший, ніж сурми [6]:

In: см2с-1; при ;

см2с-1; при .

Sb: см2с-1; при ;

см2с-1; при ,

де - коефіцієнт самодифузії, а D - коефіцієнт дифузії.

Це обумовлено, головним чином, асиметрією розташування атомів у кристалі (рис. 4). Тому дефекти мають донорний тип провідності. Оцінку коефіцієнта дифузії дефектів при низьких температурах можна також оцінити завдяки співвідношенню [7]:

(2)