в работе [56] получено хорошее совпадение экспериментальных данных для S-доноров в GaP с теоретической зависимостью (2.18). Изменение Ndx в широких пределах не должно сильно изменять (2.18), так как даже при njг)Js:=10 см- положение максимума полосы hvEg-Евх+кТ/2. Коэффициент захвата Вц и излучательное время жизни тг» связаны обычным соотношением

При Г«300 К Во-Веос- (2 ... 5) Ю-з cM-c-i.

4. Излучательная аннигиляция свободных экситонов с участием LЛ-фoнoнoв дает основной вклад в люминесценцию GaP при 7«300К [38]. Спектральная зависимость интенсивности в полосе имеет вид рекомбинации свободных экситонов:

ея

.B„ftvexp(-)

[-)lhv- {Eg--Ьсо,)] 2

[hV-{Eg-Ee + b(ujji)]

(Д -Ь Ь со.)Чехр (- j - 1

(2.19)

Первое слагаемое в скобках описывает процессы с испусканием фононов, второе - с поглощением фононов с энергией h (Ula- Если считать, что коллективы свободных экситонов, электронов и дырок находятся между собой в состоянии термодинамического равновесия, то можно ввести понятия Вех. и Теж, при этом в полупроводнике п-типа

V;=..«o. (2.20)

а в полупроводнике р-типа

В работе [57] приведены данные совместных измерений квантового выхода и времени затухания экситонной полосы в п GaP {NbTW см"3) при 7=300 К. Обработка этих данных по формуле (2.20) с учетом данных [58] приводит к Веж= (2... 5) • 10" смЗ-с".

5. Излучательная аннигиляция экситонов, связанных на нейтральных донорах, наблюдается при низких температурах (7< <100К)- Если доноры-элементы VI группы, то основной вклад в излучение дают бесфононные переходы. Даже без учета каких-либо других механизмов безызлучательной рекомбинации внутренний квантовый выход в этом случае т]Енут<2-10~з [14].

6. Излучательная рекомбинация экситонов, связанных на изоэлектронных центрах азота (полосы Nx, Nx-LO, Nx-2LO), подробно рассмотрена в [14]. При концентрации азота iV=5-10® 52

см~з и JVbjs:=10" cm-* суммарный квантовый выход азотных полос T]jvr»Зг]еж- При этом принципиальным механизмом безызлучательной рекомбинации является оже-рекомбинация экситонов с участием свободных носителей заряда [59]. Современная теория зависимости т] от Na, Ndx, N в GaP при ГдаЗООК изложена в работе [59].

Особенности излучательной рекомбинации в непрямозонных твердых растворах AljcGai-xAs, GaAsi-зсРзс и 1п1 жСажР по сравнению с GaP определяются двумя наиболее важными факторами [32, 38], роль которых усиливается по мере приближения состава к границе перехода от прямой к непрямой структуре энергетических зон (х-Хс): уменьшается энергетический зазор {АЕхг) между Г<=1- и А<=1-минимумами зоны проводимости;

увеличивается статистический беспорядок в расположении компонентов твердого раствора.

Уменьшение АЕхг приводит к сверхлинейному увеличению скорости непрямых оптических переходов с участием ГЛ-фононов, в которых jr<=i-MHHHMyM является виртуальным состоянием, и «квазипрямых» оптических переходов с участием электронов, локализованных на D-донорах. Появление и увеличение статистического беспорядка приводит к усилению новых «квазипрямых» переходов без участия фононов. Наряду с беспорядком на увеличении скорости переходов последних трех типов сказывается, разумеется, и уменьшение (АЕхг)-

Рассмотрим оптические переходы в непрямозонных твердых растворах в сравнении с GaP более подробно.

1. Межзонная и акцепторная полосы непрямой люминесценции, как и в GaP, не проявляются в широком интервале температур. При 7<200 К эти переходы не выдерживают конкуренции с DXA- и 1)Х1/-переходами, а при Г>200 К.- с излучательной рекомбинацией свободных экситонов.

2. Донорно-акцепторные полосы люминесценции наблюдаются при 7<;150. По сравнению с GaP бесфононные полосы уширены из-за влияния статистического беспорядка на оптические переходы в ближних парах.

3. Донорная полоса наблюдается в широком интервале температур (Г=60 ... 400 К). Ее интенсивность резко увеличивается с уменьшением АЕхг- В первом приближении коэффициент захвата в (2.18) Вв" {\АЕхг\+Евх)~- Особо следует отметить, что в твердом растворе п-типа данного состава можно подобрать такую концентрацию доноров, при которой в практически важном диапазоне температур (Г=250... 400 К) интенсивность донорной полосы будет соизмерима с суммарной интенсивностью излучения свободных экситонов как с участием, так и без участия фононов.

4. Излучательная аннигиляция непрямых свободных экситонов с участием ГЛ-фононов и квазипрямых свободных экситонов с рассеянием квазиимпульса на статистическом беспорядке дает основной вклад в люминесценцию твердых растворов при 7»

«300 к. Спектральная зависимость интенсивности в бесфононной полосе рекомбинации свободных экситонов имеет вид [38]

(ЛV) ~ ЛоX(1 -X)/г Vехр ( - ) • (2.21)

Здесь х{1-х) -параметр статистического беспорядка.

Сравнение (2.19) и (2.21) показывает, что обе полосы резко усиливаются с уменьшением д£хг. Экспериментальные данные при высоких температурах показывают, что в GaAsi-жРж н 1п1 жОажР (хХс) бесфононные переходы, характеризуемые коэффициентом Во. преобладают над переходами с участием фононов, характеризуемыми коэффициентом Вф. В первом приближении для практических расчетов можно считать, что Вф\АЕхг\~, а

Bo-x{l-x)\Exг\-.

5. Поведение экситонов, связанных на нейтральных донорах в твердых растворах, похоже на поведение свободных экситонов. С уменьшением дЁхг и увеличением статистического беспорядка Л(1-х) усиливаются бесфононные переходы. Энергия ионизации экситонов составляет примерно 30... 40 мэВ. Среди фононных спутников усиливается полоса с испусканием LЛ-фoнoнa, однако ее интенсивность всегда значительно меньше интенсивности бес-фонной полосы. По сравнению с GaP гашение полосы связанных экситонов за счет оже-рекомбинации должно уменьшаться, т. е. т] должен увеличиваться, но практический выигрыш все равно мал, так как при 7 100 К экситоны распадаются.

6. Увеличение с уменьшением дАг скорости излучательной рекомбинации экситонов на центрах азота определяет быстрое уменьшение излучательного времени жизни [60]:

(х) = В[А Ехг {X) + Е- {x)f

{<xY

(2.22)

При использовании соотношения (2.22) следует учитывать, что энергия связи экситонов Еех на N-центрах быстро возрастает с уменьшением содержания GaP в твердых растворах 1п1 хСажР и GaAsi-xPx. В соответствии с данными работы [30] в твердых растворах GaAsi-xPs энергия Еех возрастает от 11 до 140 мэВ (x= 1,0 ... 0,5). Постоянная В в выражении (2.22) может быть определена из экспериментального значения тле=98 не в GaP [59].

Как и в GaP, легирование азотом непрямозонных твердых растворов на сегодняшний день является наиболее эффективным способом увеличения внутреннего квантового выхода люминесценции. Теория зависимости т] от Nd, Na м N в твердых растворах при ГЗООК будет подробно рассмотрена в гл. 3.

В непрямозонных твердых растворах с составами, близкими к переходному (хХс), в люминесценции могут наблюдаться пря-54