WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 6 Межзонное излучение тиогаллата кадмия © А.И. Мачуга, В.Ф. Житарь¶, Е.Д. Арама Институт прикладной физики АНРМ, 2028 Кишинев, Молдова Кишиневский государственный технический университет, 2012 Кишинев, Молдова (Получена 12 ноября 1999 г. Принята к печати 16 ноября 1999 г.) Исследована краевая катодолюминесценция монокристаллов CdGa2S4 при температуре 80 K. Истинный спектр излучения получен с учетом поглощения образцов. Выявлены интенсивные новые полосы, связанные с межзонными переходами и рекомбинацией с участием глубокого акцепторного уровня. Интерпретация результатов осуществлена с привлечением данных по фотопроводимости и фундаментальному поглощению соединения.

1. Введение представлен в области 3.1 4.0 эВ. Диапазон меньших энергий достаточно подробно исследован и описан в Соединение CdGa2S4 является широкозонным полу- работах [2,4]. Энергетическое положение максимума opt проводником (при 10 K Eg = 3.77 эВ), обладающим данной полосы 3.70 эВ позволяет предполагать, что в прямыми разрешенными оптическими переходами, вы- интервале измерений происходит сильное искажение сокой фоточувствительностью, яркими катодо- и фото- спектра излучения за счет самопоглощения в образце.

люминесценцией [1–4] и, следовательно, перспективным Действительно, из зависимости глубины проникновематериалом для нелинейной оптики и оптоэлектрони- ния первичных электронов от их энергии [4] следует, ки [5]. Данные монокристаллы имеют особо интенсив- что пучок электронов с энергией 50 кэВ проникает в ные полосы катодолюминесценции (КЛ) в сине-голубой, тиогаллате кадмия на глубину примерно 5 мкм и поглокрасной областях спектра и стимулированное излучение щение в слое такой толщины при значении коэффициента с максимумом при 2.1 эВ (T = 80 K) [2,6]. Однако поглощения 104 см-1 должно быть учтено. Экспериизлучательные свойства соединения в области фунда- ментальный график f (h) представлен на рисунке ментального поглощения практически не исследованы. В (кривая 2) по работе [7]. Расчет истинного спектра изсвязи с этим в настоящей работе приведены результаты лучения вещества в области 3.1 4.0 эВ осуществлялся исследования излучательных свойств тиогаллата кадмия как и в работе [8] с использованием выражения в области энергии 3.0 4.0 эВ при возбуждении электI() =(1 - R)I0()(1 - e-x)/x. (1) ронным пучком.

Установка для исследования катодолюминесценции Здесь I() — экспериментальный спектр катодолюмиоснащена дифракционным монохроматором МЗД-2, несценции, эмиттированный на толщине, равной глубине обеспечивающим разрешение в области измерений проникновения первичных электронов с заданной энер±0.02 эВ. Параметры электронного пучка: энергия, гией; R — коэффициент отражения кристалла, значение плотность тока и длительность импульсов управлялись в которого в рассматриваемой области мало ( 10%) и широких пределах, что позволило выбрать оптимальные постоянно; x — глубина проникновения электронов заусловия, обеспечивающие максимальный выход излуданной энергии.

чения в интересующем нас диапазоне. Исследование На рисунке (кривая 3) представлен истинный спектр проводилось на образцах, полученных методом химичекатодолюминесценции тиогаллата кадмия в области фунских транспортных реакций, из раствора в расплаве и даментального поглощения, являющийся суперпозициметодом Бриджмена–Стокбаргера. Из монокристаллов, ей излучений с различных слоев в интервале глувыращенных методом Бриджмена, вырезались пластины, бин 0-5 мкм. Спектр излучения в исследуемом диакоторые впоследствии обрабатывались механически до пазоне содержит полосы с максимумами при 3.толщины 0.3 мм и полировались.

и 3.19 эВ. Аппроксимированная полуширина первой полосы h = 0.45 эВ. Низкоэнергетическое излучение по интенсивности сравнительно слабое. В эксперимен2. Экспериментальные результаты тальном спектре (кривая 1) полоса с максимумом 3.19 эВ отсутствует, хотя в данной области интенсивность крыНа рисунке приведена экспериментально наблюдаемая ла спада сине-голубого свечения сравнима с интенсивкоротковолновая полоса излучения (кривая 1) для моностью более коротковолновой полосы излучения.

нокристаллов тиогаллата кадмия, выращенных методом Оценка точности определения энергетического полоиз раствора в расплаве, имеющие стехиометрический жения указанных выше максимумов проводилась исходя состав. КЛ снималась с грани [112]. Спектр излучения из выражения (1). Анализ данного выражения показы¶ Fax: 73 81 49 вает, что дополнительный вклад в погрешности может Межзонное излучение тиогаллата кадмия вероятнее всего, задействован переход 2 +4 (поляризация ). При этом близки и энергии пиков отражения и катодолюминесценции. В пользу корректности значения величины Eg свидетельствуют прямые экситоны в соединении, выявленные по спектрам отражения в работе [1]. Большая полуширина коротковолновой полосы с максимумом 3.80 эВ, возможно, указывает на ее неэлементарность, а может быть вызвана особенностями полупроводников типа AIIBIIICVI: — размытие края 2 поглощения, обусловленное экситон-фононным взаимодействием [7], наличие более 1021 см-3 вакантных катионных узлов в структуре. Эта специфика и затрудняет экспериментальное выявление и исследование краевой люминесценции.

Полоса 3.19 эВ обусловлена рекомбинацией с участием глубокого примесного уровня. Подтверждением этого может служить выявленный ранее примесный максимум фотопроводимости при 3.0эВ (T = 300 K), амплитуда которого резко уменьшалась при приложении к образцу электрического поля [3]. Ранее по анализу результатов исследования люминесценции, примесного электропоглощения и термостимулированной проводимости предложена энергетическая диаграмма рекомбинационных явлений в CdGa2S4, включая и природу Спектры краевой катодолюминесценции монокристаллов уровней [6–8,11]. Согласно данной диаграмме, полосе CdGa2S4 (T = 80 K): 1 — эксперимент, 2 — спектральная с максимумом при 3.19 эВ с достаточной степенью дозависимость коэффициента поглощения, 3 — расчетное излучение с учетом самопоглощения образцов (40 кэВ, стоверности может соответствовать оптический пере10-5 А/см2).

ход электронов из зоны проводимости на акцепторный уровень вблизи валентной зоны Ec Ev + 0.6эВ (300 K), который можно приписать центрам кадмия на внести неточность в определении толщины излучающего местах галлия [8]. В однотипном соединении ZnIn2Sслоя. Для оценки вклада толщины были рассчитаны непри T = 10 K выявлены полосы КЛ с максимумами сколько вариантов. В каждом из них выбирались разные, при 2.98 и 2.65 эВ, связанные соответственно с перехоно близкие по значению толщины. Оказалось, что во дами 3v 1c и Ec Ev + 0.4эВ [8]. Недавно и в кривсех случаях четко проявляются два максимума, энерсталлах ZnSe обнаружены в околокраевой области две гетическое положение которых варьировало в пределах полосы катодолюминесценции: широкая краевая полоса ±0.02 эВ. Это значение и было принято в качестве с максимумом при 2.65 эВ и слабая с максимумом при точности определения положения максимумов полос по 2.58 эВ (293 K) [12].

шкале энергии.

Таким образом, впервые с учетом самопоглощения в образцах было выявлено интенсивное свечение тиогаллата кадмия, связанное с межзонными излучательными 3. Обсуждение результатов переходами, и низкоэнергетическая полоса, обусловленная рекомбинацией с участием глубокого акцепторного Для объяснения катодолюминесценции CdGa2S4 в исуровня.

следуемой краевой области следует привлечь данные, полученные другими методами, как, например, результаты измерения фотопроводимости, примесного электро- Список литературы поглощения [3]. Самый высокоэнергетический максимум [1] А.Г. Арешкин, В.Ф. Житарь, С.И. Радауцан, В.Я. Райлян, полос катодолюминесценции при 3.80 эВ естественно Л.Г. Суслина. ФТП, 13, 337 (1979).

связать с излучательными переходами свободных элек[2] В.Ф. Житарь, А.И. Мачуга, С.И. Радауцан. Оптика и тронов. Тогда значение Eg = 3.80 эВ соответствует спектроскопия, 51, 948 (1981).

ширине запрещенной зоны CdGa2S4 при 80 K. Ранее [9] [3] S.I. Radautsan, V.S. Donu, V.F. Zhitar, E.E. Strumban. Phys.

установлена структура зон Бриллюэна вблизи точки St. Sol. (a), 57, k.79 (1980).

K = 0. В работе [1] определена энергия расщепления [4] В.Ф. Житарь, А.И. Мачуга, В.С. Дону. Изв. АН МССР. Сер.

валентной зоны = 0.012 эВ анизотропным кристалфиз.-техн. и мат. наук, № 1, 57 (1982).

лическим полем при 4.2 K. С учетом специфики зонной [5] B.F. Levine, C.G. Betha, H.M. Kasper. IEEE J. Quant. Electron, структуры CdGa2S4 [10] в излучательной рекомбинации, QE-10, N 12, 904 (1974).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 654 А.И. Мачуга, В.Ф. Житарь, Е.Д. Арама [6] В.Ф. Житарь, А.И. Мачуга, С.И. Радауцан, И.М. Тигиняну, М.В. Чукичев. Изв. АН СССР. Неорг. матер., 22, (1986).

[7] Д.В. Гицу, В.Ф. Житарь, В.Я. Райлян, В.С. Дону, Н.С. Попович, Е.В. Чебручан. Тр. 6 межд. конф. по аморфным и жидким полупроводникам (Л., Наука, 1976).

[8] Е.Д. Арама, В.Ф. Житарь, А.И. Мачуга, В.М. Чукичев.

ЖПС, 50(3), 503 (1989).

[9] А. Шилейка. Оптические исследования зонной структуры соединений AIIBIIICVI (Вильнюс, МОКСЛАС, 2 1978).

[10] В.Я. Райлян, В.Ф. Житарь. Изв. АН МССР. Сер. физ.-техн.

и мат. наук, №1, 57 (1984).

[11] А.Н. Георгобиани, С.И. Радауцан, И.М. Тигиняну. ФТП, 19(2), 193 (1985).

[12] А.И. Липчак, В.И. Соломонов, И.В. Кисилев, В.И. Соколов.

Оптика и спектроскопия, 83, 927 (1997).

Редактор В.В. Чалдышев Interband emission of CdGa2S4 single crystal A.I. Maciuga, V.F. Zhitar, E.D. Arama Institute of Applied Physics, Moldavian Academy of Sciences, 2028 Chisinau, Moldova State Technical University of Chisinau, 2012 Chisinau, Moldova

Abstract

Edge cathodoluminescence of CdGa2S4 monocrystals is investigated at 80 K. The true emission spectrum was obtained, which accounts for the absorption of the samples. Some new intensive luminescence bands were found resulting from the band-to-band transitions as well as from the recombination in which the deep acceptor level participates. The results are interpreted in terms of both the photoconductivity data and the fundamental absorption of the compound.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, 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.