WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 5 Оптоэлектронные явления в полуизолирующих монокристаллах CdTe и структурах на их основе © Г.А. Ильчук, Н.А. Украинец, В.И. Иванов-Омский, Ю.В. Рудь, В.Ю. Рудь† Государственный университет ”Львовская политехника”, 290646 Львов, Украина Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия † Санкт-Петербургский государственный технический университет, 195251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 19 августа 1998 г. Принята к печати 7 июля 1998 г.) Развит метод газотранспортных реакций с использованием транспортирующих агентов NH4Cl (Br,J) и выращены полуизолирующие монокристаллы теллурида кадмия с концентрацией носителей p = 108 1010 см-3 при T = 300 K. Реализованы поверхностно-барьерные структуры In–CdTe с максимальной вольтовой фоточувствительностью 105 В/Вт. Исследованы излучательные свойства кристаллов при T = 77 K и особенности спектров фоточувствительности структур. Показано, что излучательные свойства однородных монокристаллов и особенности спектров фоточувствительности структур обусловлены легированием CdTe галогенами Cl, Br и J, поступающими из транспортирующих агентов. При наклонном падении линейно поляризованного излучения в структурах In–CdTe возникает наведенный фотоплеохроизм, который растет пропорционально квадрату угла падения. На основании измерений фотоплеохроизма структур определен показатель преломления (n = 2.8). Сделан вывод о возможности использования полученных структур в качестве фотодетекторов естественного и линейно поляризованного излучения.

Теллурид кадмия принадлежит к числу перспектив- заряда в таких кристаллах из измерений эффекта Холла ных полупроводниковых материалов для твердотельных при температуре T = 300 K составляла 108 1010 см-3 детекторов ядерных излучений [1,2], преобразования при подвижности 50 см2/В·с и, как следует из анализа энергии солнечного излучения, оптоэлектронной моду- знака эффекта Холла и термоэдс, в подавляющем большинстве образцов проводимость осуществлялась дырляции излучения лазера, получения твердого раствора ками. Электрические свойства таких кристаллов были CdxHg1-xTe. При этом на параметры кристаллов и одинаковыми для всех использованных транспортируприборов на их основе решающее влияние оказывают ющих агентов. При исследовании фотолюминесценции условия выращивания, вводимые примеси и образую(ФЛ) использовалось возбуждение сильно поглощаемым щиеся при этом дефекты решетки [2,3]. В известных в CdTe сфокусированным излучением гелий-неонового работах [3–9] при получении полуизолирующих монолазера ( = 0.4мкм, P = 15 мВт) с диаметром свекристаллов CdTe в качестве легирующей примеси из тового зонда 0.1 мм. Анализ фотолюминесцентного элементов VII группы Периодической системы рассмаизлучения осуществлялся с помощью монохроматора тривался только хлор. В настоящей работе исследуются МДР-3 с дифракционной решеткой 600 штрихов/мм и физические свойства однородных монокристаллов CdTe, фотоэлектронного умножителя ФЭУ-62. Регистрация полученных при помощи развитого нами метода химичеФЛ проводилась с той же стороны образца, на котоских транспортных реакций (ХТР) [10–14] с использоварую падало возбуждающее излучение. Интенсивность нием транспортирующих агентов NH4Cl (Br,J), а также и спектральный контур ФЛ хорошо воспроизводились при дополнительном стимулировании роста излучением при сканировании поверхности исследованных монокрилазера [15], которые легируются в процессе роста галосталлов, что свидетельствует об их достаточной гомогенами: хлор, бром, иод.

генности. Поверхность кристаллов перед измерением ФЛ какой-либо обработке не подвергалась. Методом Образцы и методы измерений термического напыления в вакууме (при остаточном давлении p = 10-5 мм рт. ст.) слоя индия толщиной Исследовались образцы монокристаллического полуd 1 мкм на зеркально-гладкие поверхности моноизолирующего CdTe, выращенные методом химических кристаллов CdTe изготовлены поверхностно-барьерные транспортных реакций (ХТР). В экспериментах по стиструктуры In–CdTe. В качестве омического контакта мулированию процессов роста использовался аргоновый использовались химически осажденные слои Au. Ни в лазер (длина волны излучения = 0.44 мкм, мощность процессе формирования контактов, ни в последующем P = 1Вт) в непрерывном режиме. Электрические свой- структура термообработке не подвергалась. При измерества монокристаллов исследовались в слабых электри- нии спектральных зависимостей фоточувствительности ческих и магнитных полях на образцах с естественной структур CdTe использовался монохроматор SPM-2 с огранкой в форме параллелепипедов со средними раз- призмой SiO2. В условиях эксперимента фотоответ был мерами 0.5 0.5 5.0мм3. Концентрация носителей пропорционален интенсивности падающего излучения.

554 Г.А. Ильчук, Н.А. Украинец, В.И. Иванов-Омский, Ю.В. Рудь, В.Ю. Рудь Рис. 1. Спектральные зависимости стационарной фотолюминесценции (I) при T = 77 K монокристаллов CdTe, выращенных методом ХТР с использованием различных транспортирующих агентов: 1, 1, 1 —NH4Cl; 2, 2, 3, 3 —NH4Br; 4, 4 —NH4J без активации (1, 1, 1, 2, 2, 4, 4 ) и при активации ростовой среды лазером (3, 3 ). Спектры нормированы на максимум интенсивности.

Интенсивность возбуждения L/L0: (1–4) —1.0, (1 –4 ) — 0.15, 1 — 0.05. Указаны энергии максимумов в эВ. Спектральная ширина щели 1 мэВ.

Результаты эксперимента монокристаллы вследствие того, что большинство изолированных примесей и дефектов входят в электрически и их обсуждение неактивное состояние, обеспечивая ”самоочистку” вещества [16].

На основании измерений кинетических коэффициенТипичные спектральные зависимости стационарной тов полученных методом ХТР монокристаллов CdTe можно сделать вывод о том, что выбранные технологиче- фотолюминесценции полученных монокристаллов CdTe приведены на рис. 1. Как следует из рис. 1, спектральные ские условия приводят к получению полуизолирующего материала независимо от индивидуальности галогена зависимости кристаллов CdTe, выращенных с примене(хлор, брома или иод). Поэтому есть основание считать, нием различных транспортирующих агентов, как без, так что все упомянутые примеси VII группы обеспечива- и с применением активирующего процесс роста лазерноют высокую степень компенсации CdTe. Этот вывод го облучения, оказались подобными. Все они включают соответствует известным результатам по легированию только одну достаточно широкую полосу. Параметры теллурида кадмия хлором [6,8]. По аналогии с ука- спектров ФЛ приведены в табл. 1. Из нее следует, что занными работами этот факт объясняется компенса- полная полуширана полос на полувысоте 1/2 оказалась цией образующихся в теллуриде кадмия в результате практически нечувствительной к химическому составу растворения галогенов мелких водородоподобных доно- транспортирующих агентов и также не зависит от того, ров (энергия ионизации ED 0.014 эВ) собственными применялось или нет в процессе ХТР лазерное облуакцепторами, связанными с однократно заряженными чение. Большое значение 1/2 90 мэВ указывает на вакансиями в подрешетке кадмия VCd (энергия иониза- неэлементарный характер излучательного процесса. Для ции EA = 0.06 эВ). Следовательно, как и в случае всех полученных кристаллов CdTe полосы ФЛ оказались кристаллов CdTe Cl [6,8], использованный газофазный несимметричными, причем коротковолновая полуширипроцесс позволяет получать сильно компенсированные на sw, как правило, была меньше длинноволновой lw.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Оптоэлектронные явления в полуизолирующих монокристаллах CdTe и структурах на их основе Таблица 1. Параметры фотолюминесценции монокристаллов обусловлен разделением фотогенерированных носителей CdTe VII при 77 K электрическим полем одного энергетического барьера.

Для всех полученных структур фотовольтаический эфТранспорти-, 1/2, lw, sw, m, фект был наибольшим при освещении со стороны инI рующий агент эВ мэВ мэВ мэВ мэВ диевого контакта, который во всех случаях заряжалNH4Cl 1.440 92 50 42 0 0.ся отрицательно относительно CdTe. Максимальная m NH4Br 1.432 90 55 35 12 1.вольтовая фоточувствительность (Sv = 105 В/Вт при NH4Br 1.425 92 50 42 0 0.T = 300 K) оказалась характерной для структур на NH4J 1.400 90 50 40 16 0.основе монокристаллов, выращенных с применением в качестве транспортера NH4Br и без активации ростоПримечание. m — смещение максимума полос ФЛ при снижении плотности возбуждения на порядок. I — интенсивность ФЛ, норми- вого процесса лазерным излучением. Наиболее низкая m рованная на интенсивность ФЛ в монокристаллах, полученных при величина Sv (см. табл. 2) наблюдалась на структурах использовании NH4Br без активирующего лазерного облучения; услоиз кристаллов CdTe, полученных с применением иод вия возбуждения ФЛ стандартные. В процессе роста применялось содержащего транспортера. При сопоставлении вольтоактивирующее лазерное облучение.

вой фоточувcтвительнсти с ФЛ (табл. 1 и 2) обратим внимание на то, что эти эффекты максимальны в кристаллах С понижением плотности возбуждающего ФЛ излучения CdTe, выращенных с использованием бром-содержащего L, как следует из рис. 1, спектральный контур спектров транспортера NH4Br и без активации ростового процесса рекомбинационного излучения всех полученных монолазерным излучением. Этот факт, по-видимому, означает, кристаллов практически не изменялся, но происходило что эффект самоочистки теллурида кадмия в резульих параллельное смещение в длинноволновую область тате компенсации доноров VII группы собственными спектра (кривые 2 и 3) или только крыльев полосы с акцепторами VCd оказывается максимальным в случае сохранением ”центровки” максимума полосы ФЛ (крипроведения газотранспортного процесса с применением вые 1 и 3). С учетом того что энергия максимума NH4Br. Типичные спектральные зависимости относиспектральных зависимостей ФЛ m во всех образцах тельной квантовой эффективности фотопреобразования оказалась меньше значения ширины запрещенной зоны () в структурах In–CdTe VII представлены на рис. 2, а Eg теллурида кадмия [17], а также обнаруживаемонекоторые параметры их фоточувствительности сведены го влияния плотности возбуждения на параметры ФЛ в табл. 2.

(рис. 1 и табл. 1), можно считать, что излучательные Главные закономерности в фоточувствительности переходы в полученных кристаллах CdTe обусловлены поверхностно-барьерных структур заключаются в следудонорно-акцепторной рекомбинацией [18]. В таком слующем. Спектры фоточувствительности структур, как и чае наблюдаемые различия в скорости смещения полос спектры ФЛ исходных монокристаллов CdTe (рис. 1), в длинноволновую область спектра m (табл. 1) по оказались подобными (рис. 2, кривые 1–3). Длинноволмере снижения плотности накачки ФЛ следует связывать новый край фоточувствительности во всех структурах с различиями в концентрации донорно-акцепторных пар имеет экспоненциальный вид и достаточно высокую и природы атома VII группы в составе пары. Наиболее крутизну S = d(ln )/d( ) 32 35 эВ-1, что хабыстрое смещение спектральной полосы ФЛ в случае рактерно для прямых межзонных оптических переходов.

образцов CdTe, выращенных с применением в качестве Именно такие переходы должны проявляться в CdTe [18].

транспортера NH4J, по-видимому, обусловлено наиболее Экспоненциальный рост фоточувствительности во всех высокой концентрацией образовавшихся в процессе ропроверхностно-барьерных структурах сменяется резким ста донорно-акцепторых пар.

коротковолновым спадом, который может быть вызван В целом сходство в спектральных зависимостях ФЛ влиянием поверхностной рекомбинации.

полученных монокристаллов CdTe может быть отраВторой характерной особенностью спектров фоточувжением сходной микроструктуры излучающих центров, ствительности полученных структур является смещение представляющих собой донорно-акцепторные пары меабсолютного максимума (энергия m) в длинноволножду атомами замещения из VII группы на местах атомов теллура и ближайшей в подрешетке кадмия вакансией.

Таблица 2. Параметры фоточувствительности поверхностноИз табл. 1 также следует, что наиболее интенсивная ФЛ барьерных структур CdTe VII при 300 K наблюдается в кристаллах CdTe, полученных без лазерной активации роста в присутствии транспортера NH4Br.

m Транспорти- m, S, Sv, w1/2, m, u Исследования ФЛ были дополнены экспериментальрующий агент эВ эВ-1 В/Вт мэВ В/Вт·град ным изучением фотовольтаического эффекта в струкNH4Cl 1.475 35 9 · 104 120 1 · турах In–CdTe VII. При освещении всех полученных NH4Br 1.450 33 105 75 1.2 · структур обнаруживается фотовольтаический эффект, NH4J 1.360 35 6 · 103 60 7 · знак которого не зависит от места попадания возбуждающего излучения на структуру и энергии фотонов.

Примечание. m — максимальное значение u. w1/2 — ширина u Это позволяет считать, что фотовольтаический эффект полосы на полувысоте.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 556 Г.А. Ильчук, Н.А. Украинец, В.И. Иванов-Омский, Ю.В. Рудь, В.Ю. Рудь монокристаллов CdTe, выращенных с использованием хлор- и бром-содержащих транспортеров, практически близко в ширине запрещенной зоны CdTe [19–21]. Это обстоятельство может служить дополнительным аргументом в пользу наиболее эффективной самоочистки CdTe [4] именно при использовании в технологическом процессе NH4Br и NH4Cl. С переходом к NH4J максимум фоточувствительности располагается при энергиях, существенно меньших Eg, и при этом в длинноволновой области спектра ярко проявляется достаточно широкая полоса с началом роста при 0.7эВ. Такая полоса может быть приписана переходам электронов из валентной зоны на локализованный в середине запрещенной зоны уровень VCd [8]. На основании данных рис. (кривые 1–3) можно сделать вывод, что концентрация таких центров наибольшая при выращивании CdTe в присутствии NH4J.

Для некоторых поверхностно-барьерных структур на основе монокристаллов CdTe, выращенных с использованием NH4Br, в спектрах была обнаружена дополнительная особенность (рис. 2, кривые 4 и 5); помимо коротковолнового появляется еще и длинноволновый пик фоточувствительности, причем соотношение между ними изменялось с переходом от одной структуры к другой. Такая особенность может быть следствием того, что эффект самоочистки ослабляется, и в результате этого помимо коротковолнового пика фоточувствительности возникает еще и длинноволновый, указывающий на фотоактивное поглощение с участием уровней возникающих дефектов решетки. Следовательно, спектральные зависимости фотовольтаического эффекта могут быть использованы для контроля совершенства полуизолирующих монокристаллов CdTe, необходимых для создания на их основе детекторов ядерных излучений.

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.