WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 5 Исследование спектров инфракрасной люминесценции ZnSe, содержащего медь и кислород © Н.К. Морозова¶, И.А. Каретников, В.В. Блинов, Е.М. Гаврищук# Московский энергетический институт (Технический университет), 111250 Москва, Россия # Институт химии высокочистых веществ Российской академии наук, 603600 Нижний Новгород, Россия (Получена 9 октября 2000 г. Принята к печати 9 ноября 2000 г.) Приводятся данные по исследованию малоизученной области спектра катодолюминесценции ZnSe 700-2000 нм на специально осажденных из паровой фазы конденсатах с отклонениями от стехиометрии и введением Cu и O в чистую матрицу. Уточнена природа катодолюминесценции в области 1300-1400 нм:

I (II) сделан вывод, что свечение определяется изолированными VZn. Рассмотрено поведение полос катодолюминесценции 830 и 960 нм, обязанных VSe, при изменении состава матрицы.

Врядеработ [1–5] приводятся данные о возникновении Конденсат ZnSe · Cu — A имел повышенное содержав области спектра 1250-1400 нм (80 K) интенсивной ние кислорода [O] 1020 см-3 и был выращен при отнополосы люминесценции ZnSe, которая зависит от при- шении концентраций H2Se/Zn в газовой фазе, равном 1.6.

сутствия примесей O, Cu, Te. Концентрация меди [Cu] в основной части конденсатов A (как и B) 1016 см-3. Конденсат ZnSe · Cu — B В работе [5] было показано, что катодолюминесценс меньшим содержанием кислорода 1018 см-3 получен ция (КЛ) в этой области связана с легированием медью.

с большим избытком Se по сравнению с конденсатом A Спектрально она примерно соответствует положению за счет увеличения отношения концентраций H2Se/Zn полос, обязанных внутрицентровым переходам в иодо 1.7. При выращивании этих конденсатов из газообразнах Cu+2 с конфигурацией 3d9, хорошо известным для Zn ных H2Se и Zn медь вводилась в процессе роста совместряда соединений AIIBVI: ZnS, ZnO, CdS (см. таблицу).

но с цинком через паровую фазу [4]. Как известно, из Сведения о подобных спектрах для ZnSe малочисленны паровой фазы растет кристалл наиболее однородный, и и противоречивы [11–13]. В [5] полоса 1300 нм возможно формирование изолированных центров CuZn.

была сопоставлена по схеме Бьюба [11]: переходам Кроме того, получен конденсат ZnSe · Cu — D без спеG(2E) E5/2(2T2) и соответствующему свечению Cu-R циального введения кислорода, но с легированием медью из зоны проводимости на уровень иона Cu+2 (3d9).

Zn термодиффузией до 1018-1020 см-3 (в процессе роста).

Однако более глубокое исследование осажденных из Отношение конецентраций H2Se/Zn составляло 1.2, а [O] паровой фазы (CVD) конденсатов ZnSe · Cu и ZnSe · O уменьшалась в пределах 1020-1018 см-3 при увеличев [9] вызывает затруднения в использовании такой интернии [Cu].

претации природы полосы КЛ 1300-1400 нм (80 K). Тем Конденсаты C и C — ZnSe · O выращены без специболее что конденсаты [14] были выращены при избытке ального легирования медью в той же установке с добаселена, т. е. в условиях, когда ион меди переходит из влением в газовую фазу 0.9 и 4.3 об% O2 при отношении состояния 3d10 в 3d9.

H2Se к Zn 1.2 и 1.0 соответственно. [O]p в центральной Спектры катодолюминесценции CVD-конденсатов части конденсатов < 1019 и 1020 см-3.

ZnSe · Cu и ZnSe · O, приведенные в работе [14], не На свежих сколах пошагово по длине конденсатов исобсуждались для области 700-2000 нм, поэтому привеследованы спектры катодолюминесценции (КЛ). Детали денный в данной статье материал является дополнением методики описаны в [14].

к [14]. Напомним, что для получения конденсатов была Рассмотрим результаты исследоваия КЛ в обласиспользована CVD-технология [15], позволяющая полути 1300-1400 нм на CVD-конденсатах ZnSe · Cu и чать достаточно чистый ZnSe, контролируемо легировать ZnSe · O, спектры КЛ которых в спектральной области его Cu в процессе роста при варьировании избытка Zn 400-2000 нм описаны в [11], а для области 700-2200 нм или Se по отношению к стехиометрическому составу и типичные спектры показаны на рис. 1.

вводить разное количество кислорода. Это позволило сформировать различные типы Cu-центров или комМаксимумы основных полос излучения для Cu+2 (3d9) Zn плексов [14]. При 700C был осажден ряд поликристалПереходы ZnS [6,7] ZnO [8] CdS [4,9,10] лических конденсатов ZnSe. Содержание посторонних примесей в нелегированных конденсатах ZnSe: Na, K, G(2E) E5/2(2T2) 1490 нм - 1631 нм Mg, Ca, B, Al, Sn, Pb, P, As, Cl, I, Ag, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, G(2E) G(2T2) 1636 нм 1730 нм 1850 нм Cu 1015 см-3; Si, Cd, N 1016 см-3 и O 1018 см-3 [1].

поглощение Переходы 1796 нм 1820 нм 2066 нм ¶ в валентную зону E-mail: MorozovaNK@mpei.ru Исследование спектров инфракрасной люминесценции ZnSe, содержащего медь и кислород Полоса 830 нм (VSe ) преобладает при избытке цинка в ZnSe [1–4]. При уменьшении [Zn] наблюдаются обе полосы. Полоса 960 нм усиливается, когда преобладают • заряженные состояния центра — VSe при понижении уровня Ферми. Наблюдать оба зарядовых состояния (•) VSe вакансий селена можно, если уровень Ферми F близок к основному уровню центра F+ (рис. 2, b).

При этом по соотношению интенсивности полос и 830 нм можно оценочно судить об изменении положе(•) ния уровня F относительно уровня VSe. Снижение F возможно с возрастанием концентрации собственных акцепторов [VZn]. Одновременно возрастает вероятность I (II) переходов EC — уровни VZn (рис. 2, b). Согласно схеме рис. 2, b, эти переходы могут быть ответственны за полосу КЛ 1300-1400 нм, причем некоторое различие в положении максимума полосы может быть объяснено присутствием мелких доноров. Аналогичные полосы характерны для соединений AIIBVI, например полосы КЛ 1030 нм в CdS [9], 950 нм в ZnS [6] и др.

Действительно, рассмотренные выше факты не противоречат возможности возникновения вакансий цинка в условиях усиления полосы 1300 нм. В частности, в работах [2,3] усиление на 4 порядка интенсивности полосы 1300 нм в КЛ ZnSe наблюдалось при избытке металлоида — введении Te. Отмечалось [18], что при этом имеет место генерация вакансий цинка.

Рис. 1. Типичные ИК спектры конденсатов: 1, 2 — ZnSe · Cu — A и B, полученных при избытке Se с [Cu] =1016 см-3 в центральной части; 3, 4 — ZnSe · O—C и C, полученные без специального легирования медью, но с введением в процессе роста в газовую фазу 0.9 и 4.3% O2 соответственно.

Для конденсата ZnSe · Cu — A [14] в начальной части, где происходит ввод цинка в реактор, полоса 1300-1400 нм отсутствует, хотя концентрация меди на этом участке > 1017 см-3. В конце конденсата A при избытке Se с увеличением концентрации меди > 1017 см-полоса 1300-1400 нм также уменьшалась по интенсивности. При постоянных [Cu] и [O] в центральной части конденсата A интенсивность полосы 1300-1400 нм плавно росла (см. рис. 1 из работы [14]). Во всех этих случаях имеет место увеличение избытка Se. При этом корреляция изменения интенсивности полосы 1300 нм и Cu-R не состоятельна, так как в составе центра Cu-R медь присутствует в виде иона 3d10, в то время как внутрицентровые переходы в области 1300 нм рассматриваются для иона 3d9 (см. табл. 1 из работы [14]).

Оказалось, что поведение полосы 1300 нм коррелирует с изменением интенсивности ИК полос 830 и 960 нм в КЛ конденсата A, а именно полоса 1300-1400 нм появляется одновременно с этими двумя полосами (см. рис. 1 из работы [14]). Как известно [16,17], полосы 830 и 960 нм ZnSe обязаны VSe: внутрицентровому переходу (возбужденный–основной уровень) и переходу зона проводимости (Ec)–основной уровень соответствен- Рис. 2. Модель центра F+ (a) и схема расположения уровней но (рис. 2, a). вакансий селена и цинка в запрещенной зоне ZnSe (b) [10–12].

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 536 Н.К. Морозова, И.А. Каретников, В.В. Блинов, Е.М. Гаврищук Кроме того, было проведено сравнение интенсивно- Список литературы стей полосы 1300-1400 нм всех конденсатов A, B, C [1] Н.К. Морозова, Е.М. Гаврищук, О.Р. Голованова и др.

на выделенных (по длине L) участках, для которых ЖПС,63, 731 (1996).

постоянен ряд факторов, а изменяется только один. Так, [2] Л.Д. Назарова. Автореф. канд. дис. (М., 1995).

для конденсата B имеется участок постоянных [O] и [Cu], [3] Л.П. Гальчинецкий, И.А. Каретников, В.Е. Мащенко и др.

но с увеличением (по длине) избытка селена [14]. УвелиЖПС,58, 488 (1993).

чение интенсивности КЛ 1400 нм на нем коррелирует с [4] Н.К. Морозова, И.А. Каретников, В.В. Блинов, Е.М. Гавувеличением полосы 740 нм (см. рис. 2, a из работы [14]).

рищук, Э.В. Яшина, С.М. Мазовин. Матер. докл Аналогичный участок имеет место и для конденсата A XXX межд. науч.-техн. сем. ”Шумовые и деградаци(рис. 1 из работы [14]). В обоих случаях интенсивность онные процессы в полупроводниковых приборах” (М., полосы 1300-1400 нм растет с избытком Se, т. е. с увели- МЭИ, 2000) с. 204.

чением [VZn]. Более того, для конденсата B, выращенного [5] Н.К. Морозова, О.Р. Виноградова. Неорг. матер.,35, (1999).

при наибольшем отношении концентраций H2Se/Zn, рав[6] Г.Н. Иванова, В.А. Касиян, Д.Д. Недеогло, С.В. Опря. ФТП, ном 1.7, интенсивность полосы 1300-1400 нм выше на 32(2), 171 (1998).

1–3 порядка, чем у конденсата A.

[7] Физика и химия соединений AIIBVI, под ред. С.А. МедНа участке с постоянной [Cu] столь большая разведева (М., Мир, 1970).

ница связана, по-видимому, также и с [O], которая [8] Н.П. Голубева, М.В. Фок. ЖПС,35, 551 (1981).

в конденсате A достигает 1020 см-3, а, как показано [9] Физика соединений AIIBVI, под ред. А.Н. Георгобиани в [2], КЛ 1300-1400 нм наиболее эффективна при ”по(М., Наука, 1986).

ниженном” содержании кислорода — порядка 1019 см-3.

[10] Н.К. Морозова, И.А. Каретников, Е.М. Гаврищук. Неорг.

Причиной этого уменьшения интенсивности полосы матер.,35, 917 (1999).

1300-1400 нм, очевидно, является уменьшение концен- [11] G.B. Stringfellow, R.H. Bube. Phys. Rev.,14(3), 903 (1968).

I (II) трации изолированных вакансий цинка — [VZn ]. Пред- [12] M. Godlewski, W.E. Lamb, B.C. Cavenett. Sol. St. Commun., 39, 595 (1981).

положительно можно считать, что при росте с большим [13] В.И. Соколов, Т.П. Суркова, М.В. Чукичев, Ву Зоан Мьен.

избытком Se и O2 в паровой фазе интенсивное обраФТТ,26, 3681 (1984).

зование вакансий приводит к возникновению пор. Это [14] Н.К. Морозова, И.А. Каретников, В.В. Блинов, Е.М. Гавнаходит подтверждение при изучении с помощью растрорищук. ФТП,35(1), 25 (2001).

вой электронной микроскопии сколов кристаллов C, и [15] Г.Г. Девятых, Е.М. Гаврищук, Ю.А. Даданов. Высокочистые особенно C.вещества.2, 174 (1990).

Для исключения роли Cu отметим, что интенсивность [16] F.J. Bryant, P.S. Manning. J. Phys. C,5, 1914 (1972).

полосы 1300-1400 нм конденсата C, выращенного без [17] А.П. Оконечников. Автореф. докт. дис. (Екатеринбург, легирования Cu, при [O] 1020 см-3 не уменьшилась, 1996).

а увеличилась по сравнению с конденсатом A. Вве- [18] V.D. Ryjikov, V. Havrushin, A. Klazlauskaz et al. J. Luminecs., 52(1–4), 71 (1992).

дение меди в концентрации > 1018 см-3 — в составе конденсата D — привело к полному исчезновению КЛ Редактор В.В. Чалдышев в области 1300-1400 нм, т. е. медь непричастна к этому эффекту или косвенно влияет на VZn. Так, медь может Studying IR spectra of luminescence заполнять VZn или, являясь акцептором, уменьшать конof ZnSe containing copper and oxygen центрацию этих дефектов.

Корреляция интенсивности полосы 1300 нм с [Cu] в [5] N.K. Morozova, L.A. Karetnikov, V.V. Blinov может быть связана с влиянием ее на положение уров- E.M. Gavrishchuk# ня F и [VZn]. Кроме того, в [5] для ZnSe · Cu наблюдался Moskow Power Engineering Institute ряд полос КЛ с максимумами 1300, 1600, 1750 нм.

(Technical University), Такое положение максимумов примерно соответствует 111250 Moskow, Russia основным компонентам в спектре иона Cu (3d9) (см. таб# Chemical Intitute for Pure Compounds, лицу). Не исключено, что внутрицентровые переходы Russian Academy of Sciences, в ионе меди с конфигурацией 3d9 могут иметь место 603600 Nijniy Novgorod, Russia и для ZnSe · Cu, но на излучение накладываются более интенсивные полосы собственных точечных дефектов, тогда как для других соединений AIIBVI —ZnS, CdS — аналогичные полосы в ИК области спектра спектрально разнесены с люминесценцией иона Cu (3d9).

В КЛ аналогичного конденсата — C, выращенного с введением в газовую фазу 4.3% O2, отмечалось появление в ИК области спектра более длинноволновой полосы 2150 нм (рис. 1); в то же время полосы, обязанные VSe, при введении O2 в значительном количестве исчезают (кривая 4), как и при большом избытке Se (кривая 2).

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып.




© 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.