WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 3 Влияние отжига в парах и в жидком Zn на фотолюминесценцию высокочистых поликристаллов ZnTe © В.С. Багаев¶, В.В. Зайцев, Ю.В. Клевков, В.С. Кривобок, Е.Е. Онищенко Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 119991 Москва, Россия (Получена 24 июля 2002 г. Принята к печати 6 сентября 2002 г.) Проведено исследование фотолюминесценции высокочистых поликристаллов ZnTe. Изучена эволюция спектров излучения после отжига в Zn. В исходных образцах обнаружен эффект скопления примесей. Этот эффект приводит к появлению ондулярного спектра на длинноволновой стороне линии, обусловленной излучением экситона, локализованного на акцепторе. Показано, что отжиг приводит к гомогенизации распределения примесей, следствием чего является проявление богатой структуры двухдырочных переходов.

Анализ этих линий позволил определить значения энергий основного и возбужденных состояний акцепторных примесей Li и Cu.

1. Введение исследовании спектров излучения поликристаллических образцов непосредственно после роста и после отжига ZnTe является перспективным материалом современ- их в цинке был обнаружен целый ряд интересных осоной оптоэлектроники. Благодаря большой ширине за- бенностей, которые и будут изложены в данной работе.

прещенной зоны (2.26 эВ при комнатной температуре) он, в частности, широко используется в качестве 2. Технология и методика барьерного материала при создании различного рода эксперимента низкоразмерных структур (квантовых точек, квантовых ям, сверхрешеток) на основе полупроводниковых соТекстурированные в направлении [111] поликристалединений AIIBVI [1,2], представляющих интерес как лические образцы ZnTe диаметром 25 мм со средним с научной, так и с прикладной точек зрения. Среди размером зерна 1.5–2.0 мм были выращены методом практических приложений объемного материала стосвободного роста из паровой фазы при температуре ит упомянуть недавно появившиеся первые сообщения 600C в динамическом вакууме. В качестве исходной о создании на основе ZnTe светодиодов с воспроизшихты использовался очищенный ZnTe, приведенный водимыми характеристиками, излучающих в зеленом к составу с минимально возможным отклонением от диапазоне спектра [3]. Отметим, что как в этой работе, стехиометрии (точка Pmin на сечении P-x диаграммы так и во многих других использовался метод роста ZnTe состояния при 600C). Два поликристаллических блоиз расплава. В этом случае, как известно, имеет место ка были приготовлены из шайбы с помощью скалывания.

отклонение состава материала от стехиометрического и Один из блоков отжигался в насыщенных парах Zn при приходится использовать достаточно трудоемкую процетемпературе 700C в течение 70 ч, другой в жидком дуру для устранения этого недостатка. В отличие от [3] Zn при той же температуре в течение 95 ч. Все измерев данной работе исследовались чистые поликристалния ФЛ проводились на свежеприготовленных сколах.

лы ZnTe, приготовленные с помощью разработанных Основными протяженными дефектами в исследуемых в лаборатории низкотемпературных методов синтеза, образцах были межзеренные границы и двойники. Плотсублимационной очистки и роста при температурах ность дислокаций не превышала 103 cм-2.

кристаллизации ниже 700C. Используемая технология Измерения спектров ФЛ проводились в основном позволяет получать поликристаллы с составом, близким при температуре T = 5 K. Оптическое возбуждение осук стехиометрическому, с концентрацией собственных ществлялось He–Cd-лазером (длина волны излучения точечных дефектов заведомо ниже концентрации оста = 441.6нм) c мощностью 20 мВт и размером пятна точных примесей. Наряду с малым количеством точеч300 мкм. Спектры анализировались двойным монохроманых дефектов (собственных и примесных) исследуемые тором ДФС-24 с разрешением не хуже 0.1 мэВ. Сигнал поликристаллы имели достаточно большой размер зерен с фотоумножителя регистрировался с помощью метода (вплоть до нескольких миллиметров), в которых плотсчета фотонов.

ность дислокаций не превышала 103 см-2. Благодаря именно этим обстоятельствам образцы имели высокий квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ) при 3. Результаты и их обсуждение низких температурах, обусловленный как собственным излучением, так и оптическими переходами различной Спектр ФЛ исходного образца, приведенный на рис. 1, природы, связанными с остаточными примесями. При в целом схож по совокупности наблюдаемых линий ¶ E-mail: bagaev@sci.lebedev.ru со спектром излучения высококачественного монокри300 В.С. Багаев, В.В. Зайцев, Ю.В. Клевков, В.С. Кривобок, Е.Е. Онищенко Рис. 1. Спектр излучения исходного поликристалла при T = 5 K. На вставке — участок спектра с ондуляциями в области линии 0X.

сталла с малым содержанием примесей. Об этом го- показано далее, анализ ТНТ-линий позволяет определить ворит присутствие в спектрах собственного излучения, энергии как основного, так и возбужденных состояний обусловленного свободными экситонами (FE), наличие акцептора.

двухдырочных переходов, обусловленных всего лишь Остановимся на некоторых особенностях, наблюдатремя акцепторами замещения (Li, Cu и не идентифициемых в спектре, приведенном на рис. 1. В первую рованного k-акцептора [4]), а также отсутствие излучеочередь обратим внимание на необычную форму линии, ния комплексов вакансия–примесь [5]. Поясним обознаобозначенной 0X, максимум которой совпадает с полочения, принятые в статье для идентификации различных жениями линий A0X для акцепторов Li и Cu [4]. Слелиний. В первую очередь остановимся на излучении довало ожидать, что поскольку, согласно данным массэкситонов, локализованных на нейтральных акцепторах.

спектрометрических исследований, концентрация приНаиболее яркой линии, обозначаемой часто A0X, со- месей в наших образцах не превышала 1015 cм-3, линия ответствует оптический переход, при котором после излучения A0X должна иметь малую ширину (меньше аннигиляции связанного экситона дырка на акцепторе 1мэВ) и симметричную форму [4] (мы не обсуждаем остается в основном состоянии примеси. В достаточно здесь возможного расщепления A0X, обусловленного совершенных кристаллах при относительно малых кон- так называемым J-J-взаимодействием [4]). Однако из центрациях примеси проявляются также так называемые рис. 1 видно, что 0X достаточно сильно уширена и двухдырочные переходы (ТНТ — принятое сокращение имеет асимметричный профиль с „хвостом“ в длинот английского two-hole transition), при которых после новолновой области. Кроме этого на длинноволновом аннигиляции связанного экситона дырка на акцепторе крыле линии 0X проявляется волнистая структура.

оказывается в одном из возбужденных состояний при- Обычно такие эффекты наблюдаются в легированных меси. Общий вид обозначений ТНТ-линий — A, где A кристаллах с концентрацией примеси 1017 cм-3. Для соответствует примеси, на которой происходит переход, низких концентраций остаточных примесей в наших а отвечает состоянию дырки после рекомбинации образцах эти эффекты являются, очевидно, следствием экситона. Классификация этих состояний приведена в со- скопления примесей в локальных местах кристалла.

ответствии с теоретическими работами [6,7]. Как будет Дополнительным подтверждением этого является также Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Влияние отжига в парах и в жидком Zn на фотолюминесценцию высокочистых поликристаллов ZnTe Рис. 2. Спектр излучения поликристалла после отжига в парах Zn при T = 5 K. На вставке — фрагмент спектра в области ТНТ-переходов на Cu.

Рис. 3. Cпектр излучения поликристалла после отжига в жидком Zn при T = 5 K. На вставке — спектры, показывающие поляритонную структуру излучения в области дна экситонной зоны.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 302 В.С. Багаев, В.В. Зайцев, Ю.В. Клевков, В.С. Кривобок, Е.Е. Онищенко Экспериментальные и теоретические [6,7] значения энергий рис. 3, которую можно объяснить только в рамках основного и возбужденных состояний для акцепторов Li и Cu поляритонной модели. На это указывает наличие в спектрах линий, обусловленных излучением верхней (ХU) Li Cu и нижней (ХL) поляритонных ветвей, наблюдавшихся Состояние ранее в кристаллах ZnTe в [10]. Кроме этого, между XU эксперимент теория эксперимент теория и XL наблюдается еще одна линия XM. Ее появление 1S3/2 60.5 60.7 148 142.может быть связано с наличием третьей поляритонной 2P3/2 21.7 23.5 23.8 23.ветви [11], существование которой обусловлено тем, что 2S3/2 17.0 17.6 22.1 23.в ZnTe, как и во всех кристаллах со структурой цинковой 2P3/2( ) - 15.8 15.6 15.обманки, имеющих кубическую симметрию, две верхние 2P5/2( ) 12.5 12.5 12.7 12.валентные подзоны вырождены в точке (k = 0). От3S3/2 b 8.9 8.6 10.2 10.4S3/2 b 5.8 5.2 5.8 6.0 метим также, что в спектре ФЛ появилась линия D0X, 3S3/2 a 3.8 3.8 4.5 4.обусловленная излучением экситона, локализованного 5S3/2 b 3.1 3.4 3.6 3.на доноре.

6S3/2 b 2.0 2.5 2.4 2.Богатая структура ТНТ-переходов, проявившаяся по4S3/2 a 1.3() 2.0 2.0 2.сле отжига, позволила провести анализ акцепторных 7S3/2 b 0.9() 1.8 1.0 1.состояний примесей Li и Cu (в спектрах обозначены наиболее яркие линии). Отметим, что в ZnTe, в силу Примечание. — данные работы [4].

вырождения валентной зоны, акцепторные состояния не являются водородоподобными. Так, например, разрешенпроявление в спектре ТНТ на примеси Li запрещенного ные в ТНТ-переходах состояния акцептора представляют перехода, обусловленного возбуждением дырки в состособой при n 3 следующие линейные комбинации:

яние 2P3/2.

nS3/2 b = nS + nD, nS3/2 a = nS - nD, где n —главное Остановимся подробнее на волнистой структуре (онквантовое число, а S, D — водородные функции [6,7] дуляциях) в длинноволновой части 0X (рис. 1, вставка).

(индекс 3/2, представляющий собой полный момент В настоящий момент нет единой точки зрения на состояния, в спектрах для краткости опускается). Резульприроду ондуляций в ZnTe. Согласно одной из них, таты проведенного нами анализа акцепторных состояний волнистая структура обусловлена проявлением флуктуна основе положения ТНТ-линий по методу, описанному аций достаточно близко расположенных пар акцепторов в [4], а также данные последних теоретических расчетов при изменении расстояния между ними [8]. Согласно приведены в таблице. Заметим, что ТНТ-линии 6SbCu, другой, появление ондуляций связано с проявлением 4SaCu, 3SaLi и 7SbLi наблюдались впервые. Эксперипроцесса переноса связанного экситона между нейтральментальные значения в таблице, помеченные звездочкой, ными акцепторами, сопровождаемого испусканием акувзяты из работы [4]. ТНТ-линия 2P5/2( )Li близка по стического фонона [9]. В пользу второй версии говорит своему положению к более яркой линии, являющейся факт отсутствия ондуляций в спектрах пропускания.

2LO-повторением свободного экситона, и поэтому не Необходимы дальнейшие исследования для выяснения удается определить корректно ее положение.

природы волнистого спектра. Заметим, что ондуляции не В заключение скажем несколько слов о линиях Yпроявляются в спектре уже при температурах T > 20 K.

и Y2, наблюдаемых в длинноволновой части спектров, Cпектры образца, отожженного в парах Zn, приведены приведенных на рис. 1–3. Подобные линии обсуждались на рис. 2. Из рисунка следует, что отжиг привел к гомов ряде работ (см., например, [12,13]), где была показана генизации пространственного распределения примесей.

их связь с дислокациями. Интересной их особенностью Доказательствами этого факта являются появление гоявляется наличие очень слабых фононных повторений, раздо более богатой структуры, связанной с ТНТ-перечто характерно для протяженных дефектов. Отметим, ходами, как для Li, так и для Cu, а также исчезновение что природа этих линий в настоящий момент однозначно запрещенного перехода 2P3/2Li, обусловленного в неоне ясна.

тожженных образцах скоплением примесей. На вставке Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты рис. 2 приведен фрагмент спектра с ТНТ-переходами № 01-02-16500, 02-02-17324 и 00-02-17335), гранта „Вена Cu, полученный с большим на порядок временем дущие научные школы“ (№ 00-15-96568), а также пронакопления.

граммы РАН по поддержке научных проектов молодых К существенно иной трансформации спектра ФЛ исученых.

ходных образцов привел отжиг поликристаллов в жидком Zn (см. рис. 3). Во-первых, полностью исчезли ТНТлинии, обусловленные Cu, что может быть следствием Список литературы сегрегации Cu. Существенно возросла интенсивность излучения, обусловленного собственными переходами.

[1] В.В. Зайцев, В.С. Багаев, Е.Е. Онищенко. ФТТ, 41, 4 (1999).

При этом в спектрах излучения вблизи дна экситонной [2] C. Gourgon, B. Eriksson, L.S. Dang, H. Mariette, C. Vieu.

зоны проявилась структура, представленная на вставке J. Cryst. Growth, 138, 590 (1994).

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Влияние отжига в парах и в жидком Zn на фотолюминесценцию высокочистых поликристаллов ZnTe [3] K. Sato, T. Asahi, M. Hanafusa, A. Noda, A. Arakawa, M. Uchida, O. Oda, Y. Yamada, T. Taguchi. Phys. St. Sol. (a), 180, 267 (2000).

[4] H. Venghaus, P.J. Dean. Phys. Rev. B, 21, 1596 (1980).

[5] P.J. Dean. Czech. J. Phys. B, 30, 272 (1980).

[6] M. Said, M.A. Kanehisa, M. Balkanski, Y. Saad. Phys. Rev. B, 35, 687 (1987).

[7] M. Said, M.A. Kanehisa. J. Cryst. Growth, 101, 488 (1990).

[8] E. Molva, N. Magnea. Phys. St. Sol. (b), 102, 475 (1980).

[9] B. Monemar, N. Magnea, P.O. Holtz. Phys. Rev. B, 33, (1986).

[10] M.S. Brodin, M.G. Matsko. Sol. St. Commun., 35, 375 (1980).

[11] И.С. Котелес. Экситоны (М., Наука, 1985) гл. 3, с. 68.

[12] А.В. Квит, С.А. Медведев, Ю.В. Клевков, В.В. Зайцев, Е.Е. Онищенко, А.В. Клоков, В.С. Багаев, А.В. Цикунов, А.В. Пересторонин, М.В. Якимов. ФТТ, 40, 6 (1998).

[13] K. Wolf, A. Naumov, T. Reisinger, M. Kastner, H. Stanzl, W. Kuhn, W. Gebhardt. J. Cryst. Growth, 135, 113 (1994).

Редактор Л.В. Шаронова Effect of annealing in Zn vapours and in the liquid on photoluminescence of a high-purity polycrystalline ZnTe V.S. Bagaev, V.V. Zaitsev, Yu.V. Klevkov, V.S. Krivobok, Ye.Ye. Onishchenko P.N. Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Sciences, 119991 Moscow, Russia

Abstract

The photoluminescence studies of superpure ZnTe polycrystals have been carried out. Evolution of the radiation spectra has been studied after annealing with Zn. The effect of accumulation of impurities in the initial samples is found out. This effect results in display of the undulatory spectra in the long-wave side of the acceptor bound-exciton line. It has been shown that annealing leads to homogenization of the impurity distribution, that results in display of a rich structure in spectra due to the two-hole transitions. The analysis of these lines allowed us to determine the energy values of the ground and excited states of Li and Cu acceptors.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.