WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 5 Равновесные характеристики и низкотемпературная фотолюминесценция монокристаллов CdTe : Pb © А.В. Савицкий, О.А. Парфенюк, М.И. Илащук, А.Й. Савчук, С.Н. Чупыра¶ Черновицкий национальный университет им. Ю. Федьковича, 58012 Черновцы, Украина (Получена 5 августа 2003 г. Принята к печати 18 сентября 2003 г.) Методом Бриджмена выращены монокристаллы CdTe : Pb с разными концентрациями примеси в растворе:

C0 = 5 · 1018, 1019, 5 · 1019 см-3. Равновесные характеристики материала определяются глубокими акцепPb торами с энергией Ev +(0.39 ± 0.02) эВ. Концентрация дырок уменьшается при увеличении количества примеси во всем интервале изменения C0. На спектрах низкотемпературной фотолюминесценции выдеPb ляется полоса, обусловленная переходами в донорно-акцепторных парах, а также краевая полоса излучения.

При увеличении C0 наблюдается резкое увеличение интенсивности полосы, связанной с переходами из Pb зоны проводимости на акцептор, в краевой области, причем максимум бесфононной линии этого излучения сдвигается в коротковолновую сторону. Анализируется возможная природа переходов и динамика изменения спектров фотолюминесценции в зависимости от уровня легирования.

1. Введение в зависимости от концентрации введенной примеси, которые в отличие от образцов CdTe, легированных Известно, что легирование CdTe элементами IV групGe, Sn, изучены меньше.

пы приводит к образованию высокоомного материала [1].

Наши предыдущие исследования показали, что равно2. Экспериментальная часть весные характеристики кристаллов CdTe, легированных Ge, Sn, Pb, определяются соответственно глубокими Методом Бриджмена были выращены 3 слитка телуровнями: Ev +(0.60-0.65) эВ, Ec - (0.60-0.90) эВ и лурида кадмия с разным содержанием Pb в расплаве:

Ev +(0.39-0.43) эВ [1–4]. Подобие протекания физиC0 = 5 · 1018, 1019, 5 · 1019 см-3. Суммарная конценPb ческих процессов в таких кристаллах при одинаковом трация остаточных примесей в исходных Te и Cd не изменении условий фотовозбуждения и температуры, превышала 10-4 ат%. Перед синтезом материалы допола также возможность их объяснения в рамках одной нительно очищали в атмосфере водорода. Слитки имели модели [5] дают нам основание считать, что структура одинаковый размер: длиной 12 см с диаметром 2.2 см.

дефектов, связанных с элементами Ge, Sn, Pb в теллуриСвободное пространство в ампуле приблизительно равде кадмия, похожая.

нялось объему кристалла.

Если предположить, что высокоомное состояние у Выращенные кристаллы состояли из 3–4 монокрислегированных элементами IV группы кристаллов CdTe таллических блоков. Образцы для электрических изможет быть обусловлено стабилизацией равновесного мерений и исследования ФЛ изготовляли из соседних уровня Ферми возле положения соответствующего глучастей шайб, вырезанных из начального (I), среднебокого донора, то трудно понять следующие экспериго (M) и конечного (L) участков слитков. Методики ментальные данные. В работе [1] показано, что при изменении концентрации Pb в растворе C0 от 1018 изготовления образцов и нанесения контактов были Pb стандартными [7]. Измерения спектров ФЛ проводили до 5 · 1019 см-3 концентрация дырок уменьшается более на свежесколотых поверхностях. Электрические измечем на 3 порядка при неизменной глубине залегания рения (электропроводность, коэффициент Холла RH) рабочего уровня, равной Ev +(0.4 ± 0.02) эВ. Это мопроводили на постоянном токе в интервале темперажет указывать на то, что концентрация акцепторных тур 80–450 K.

дефектов, которые образуются в кристалле вследствие ФЛ исследовали при 4.2 K по стандартной методисамокомпенсации при легировании донором PbCd, преке на установке, собранной на основе монохроматовышает количество последних.

ра МДР-23. Для возбуждения использовали He–NeСложный характер взаимодействия атомов IV группы лазер мощностью 40 мВт. Разрешающая способность с решеткой теллурида кадмия подтверждается результабыла не ниже 1 мэВ. Спектральный интервал измерений:

тами работы [6], в которой были проведены магнито7700–9300.

оптические исследования в полуизолирующих кристалла CdTe : Ge. Кроме простых донорных центров Ge+/0, были обнаружены также и сложные акцепторы A-/0.

3. Результаты исследований Данная работа посвящена исследованию электрических свойств и низкотемпературной фотолюминесценИз электрических измерений определено, что, за ции (ФЛ) компенсированных монокристаллов CdTe : Pb исключением начальной области кристалла 902П, весь ¶ E-mail: sergiy_ch@mail.ru материал был p-типа проводимости (см. таблицу).

Равновесные характеристики и низкотемпературная фотолюминесценция монокристаллов CdTe : Pb Равновесные характеристики образцов CdTe : Pb при 300 K BA Концентрация Тип Холловская Удельное h0, эВ Относительная № Образец примеси в расплаве прово- подвижность сопротивление для переходов длина l/lC0, см-3 димости µH, см2/(В · с), Ом · см зона-акцептор Pb 1 901П-I 5 · 1018 0.22 p 60 1.86 · 107 1.2 901П-M 5 · 1018 0.44 p 62 6.38 · 103 3 901П-L 5 · 1018 0.88 p 56 3.66 · 104 1.4 902П-I 1019 0.30 n 990 19.6 1.5 902П-M 1019 0.58 p 67 3.43 · 104 1.6 902П-L 1019 0.84 p 66 7.76 · 104 1.7 903П-I 5 · 1019 0.26 p 72 1.64 · 106 1.8 903П-M 5 · 1019 0.57 p 67 2.88 · 105 1.9 903П-L 5 · 1019 0.87 p 32 1.26 · 106 1.Энергия глубокого уровня для всех образцов ды- значения µH в конечных частях слитков. Ход зависирочного типа проводимости находилась в границах мости µH(T ) (рис. 2) указывает на то, что носители Ev +(0.39 ± 0.02) эВ. При увеличении C0 удельное рассеиваются в основном на колебаниях решетки.

Pb сопротивление увеличивалось (см. таблицу и рис. 1).Видно, что в слитке 903П наиболее низкоомный материал получался в центральной части, а при приближении к его краям сопротивление кристалла возрастало. Сопротивление средних участков кристаллов 901П и 902П также было меньше в сравнении с их конечными частями.

Начальные же участки этих слитков характеризовались значительно меньшими концентрациями дырок (вплоть до изменения типа проводимости в образце 902П-I).

Причина этого явления будет рассмотрена далее.

Рис. 2. Температурные зависимости подвижности µH для конечных участков слитков CdTe : Pb: 1 — 901П-L, 2 — 902П-L.

Штриховая линия — рассчитанная зависимость µH(T ) при рассеянии на оптических фононах.

На спектрах ФЛ (рис. 3)2 можно выделить три полосы излучения: область, связанную с донорно-акцепторными парами (DAP), т. е. полосу при 1.4 эВ в интервале длин волн = 8400-9300, краевую ( = 7920-8400 ) и экситонную. Первые две полосы доминируют в образцах с меньшим количеством свинца: 901П-I и 901П-М.

Рис. 1. Удельное сопротивление образцов CdTe : Pb при Увеличение концентрации примеси в конечной части 300 K в зависимости от относительной длины слитков l/l0:

слитка 901П приводит к резкому возрастанию излучения 1 — 901П, 2 — 902П, 3 — 903П.

в прикраевой области (рис. 4, кривая 1).

Спектры ФЛ для всех участков кристалла 902П были приблизительно одинаковыми — доминировала полоса При измерении подвижности не удалось опредекраевого излучения с фононными повторениями и зналить характер зависимости между ее величиной и C0 (см. таблицу). Наблюдается некоторое уменьшение Использование нормированных зависимостей дает возможность Pb сравнивать абсолютные значения интенсивностей излучения различОтносительная длина (см. таблицу и ось абсцисс на рис. 1) ных образцов. Величины Imax соответствуют максимальным значениям определяется как отношение l/l0, где l — расстояние от начала сигнала в регистрирующем люминесценцию устройстве. Для спекслитка до места размещения шайбы, из которой изготовлен образец; тров a, b (рис. 3), а также 1, 2, 3 (рис. 4) соотношение между этими l0 — общая длина слитка. максимумами составляет 2 : 1; 22 : 29 : 5.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 518 А.В. Савицкий, О.А. Парфенюк, М.И. Илащук, А.Й. Савчук, С.Н. Чупыра отвечают испусканию разного числа продольных оптических (LO) фононов (для CdTe hLO = 0.021 эВ [8]).

Интенсивность фононных повторений можно описать распределением Пуассона:

Sn In = I0e-s, (1) n! где S — фактор Хуанга–Риса, который характеризирует величину электрон-фононного взаимодействия, I0 — интенсивность бесфононной линии. Общая полоса излучения может быть аппроксимированной распределением Пуассона с гауссовыми линиями для каждого отдельного максимума. В результате такой процедуры аппроксимации для образцов 901П-I и 901П-M наилучшее совпадение с экспериментом получалось соответственно при S = 2.01 и S = 1.96 и при положении бесфононной DAP линии h0 = 1.455 эВ (рис. 3).

Полоса краевого излучения для образца 901П-I (рис. 3, a) состоит из 5 линий, которые соответствуют двум сериям переходов. Первая серия (DA) создается переходами из мелких донорных центров на акцепторы.

DA Положение бесфононной полосы для нее h0 находится при 1.534 эВ. Более коротковолновая серия (BA) с BA максимумом h0 = 1.544 эВ формируется переходами электронов из зоны проводимости на тот же акцепторный центр.

При излучательных переходах из зоны проводимости на акцепторный дефект глубина залегания последнего Рис. 3. Нормированные спектры низкотемпературной фотоможет быть найдена из соотношения [9] люминесценции при T = 4.2K для образцов: a — 901П-I, b — 901П-M. Штриховые линии — результат аппроксимации kT BA BA на основе формулы (1). На рисунках символом I0 обозначено EA = Eg - h0 +, (2) DAP положение бесфононной DAP-линии (в тексте —h0 ).

где T — температура электронов, которая при малых уровнях возбуждения совпадает с решеточной, Eg — ширина запрещенной зоны. Используя значеBA чительно более слабая область излучения, связанного ния Eg(4.2K) =1.606 эВ [10] и h0 = 1.544 эВ (обрас DAP. Похожие спектры получались и для кристалзец 901П-I), получим EA 0.062 эВ.

лов 903П, лишь общая интенсивность ФЛ была меньше, а на участках кристалла I и L наблюдалось увеличение полуширины полос. На рис. 4 указаны типичные для кристаллов 902П и 903П спектры ФЛ, полученные на их центральных участках. Точные положения максимумов BA бесфононных линий (h0 ) в области краевого излучения образцов приведены в таблице.

Максимум полосы экситонного излучения для образцов 901П-I и 901П-М располагается при h = 1.592 эВ (рис. 3), что является близким к линии, которая получается при рекомбинации экситона, связанного на нейтральном доноре (h = 1.593 эВ [8]). При возрастании концентрации примеси в образце CPb интенсивность данной полосы уменьшается. При последующем рассмотрении мы ограничимся лишь анализом полос, связанных с DAP, и краевого излучения.

Широкая область ФЛ с максимумом при h 1.4эВ Рис. 4. Нормированные спектры низкотемпературной фото(рис. 3) является типичной для CdTe. Кроме чисто люминесценции для образцов: 1 — 901П-L, 2 — 902П-M, электронного перехода она содержит ряд пиков, которые 3 — 903П-M. T = 4.2K.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Равновесные характеристики и низкотемпературная фотолюминесценция монокристаллов CdTe : Pb В средней части слитка 901П (рис. 3, b) полоса BA исчезает, а краевое излучение состоит только из переходов DA с тем же положением бесфононной линии DA h0 = 1.534 эВ.

На материале с большей концентрацией свинца (902П, 903П и конец слитка 901П) на спектрах ФЛ в краевой области появляется только одна очень интенсивная линия с фононными повторениями, которая обусловлена переходами BA (рис. 4). Максимум главной BA линии данной серии h0 смещается в коротковолновую область пропорционально количеству примеси (см. таблицу и рис. 4).

4. Обсуждение Рис. 5. Зависимость положения максимума бесфононной линии от удельного сопротивления при переходах BA в Равновесные характеристики исследованных кристалобразцах CdTe : Pb. Цифры соответствуют номерам образцов лов хорошо согласуются с данными работы [1]. Исв таблице.

ходя из того, что при увеличении CPb получается полупроводник с меньшей концентрацией дырок, для объяснения причины образования более компенсированПо нашему мнению, в исследованных кристаллах ного материала на участках I слитков 901П и 902П A-центры образуются с участием фоновых примесей можно предположить, что эти области кристаллов содонорного типа (общая концентрация неконтролируедержат большее количество свинца. Радиометрические мой примеси в CdTe может превышать 1016 см-3 [16]).

исследования, проведенные на кристаллах CdTe, легиDAP Полученное значение EA достаточно хорошо совпарованного другой примесью IV группы — германием, дает с глубиной залегания A-центра (EA 0.16 эВ) в показали [11,12], что их начальные участки содержали кристаллах n-типа, проводимость которых определяетаномально высокое количество германия, которое может ся присутствием водородоподобных доноров, созданных даже привести к образованию включений в виде другой элементами III группы [17]. Поэтому мы считаем, что и фазы. Можно предположить, что и в легированном в наших кристаллах в состав A-центров входят неконтросвинцом теллуриде кадмия наблюдается похожая ситулируемые доноры, расположенные в кадмиевых узлах.

ация. На большее содержание Pb в начальной области При анализе краевого излучения нужно рассмотреть слитка 901П указывает наличие в спектре ФЛ полосы значительное возрастание интенсивности переходов BA переходов BA, которая является типичной для образцов и смещения максимума бесфононной линии данной с большой концентрацией примеси.

серии в коротковолновую область при большом содерИсследования, проведенные нами на большом колижании свинца.

честве кристаллов, позволяют утверждать, что примесь Для CdTe свойственна самокомпенсация, поэтому при свинца не может привести к образованию низкоомного увеличении количества доноров PbCd соответственно материала n-типа. Можно предположить, что причивозрастает концентрация собственных акцепторных деной этого является высокое содержание межузельного кадмия, концентрация которого уменьшается при по- фектов типа VCd, которые могут быть в изолированном состоянии или входить в состав ассоциатов. Переходы нижении температуры в процессе выращивания [13].

на такие центры и формируют полосу фотолюминесценВ отдельных случаях при выращивании вертикальным ции BA в исследуемых кристаллах. Определенное нами методом Бриджмена он может насыщать нижнюю часть BA кристалла вплоть до образования преципитатов кад- значение EA = 0.062 эВ является близким к глубине залегания собственного акцептора, который образуется мия [14].

в CdTe при отжиге в вакууме (EA = 0.05 эВ) и который Полоса ФЛ с максимумом при 1.4 эВ объясняется авторы [18] связывают с первым зарядовым состоянием переходами на акцепторные центры, глубина залегания вакансии VCd.

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.