WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 6 Фотолюминесценция в поликристаллических слоях Pb1-xCdxSe, активированных в присутствии паров йода © А.Е. Гамарц¶, В.А. Мошников, Д.Б. Чеснокова Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет „ЛЭТИ“, 197376 Санкт-Петербург, Россия (Получена 30 ноября 2005 г. Принята к печати 9 декабря 2005 г.) Проведены исследования фотолюминесценции в окисленных в присутствии паров йода поликристаллических слоях Pb1-xCdx Se. Показано, что в таких структурах излучательная рекомбинация определяется прямыми межзонными переходами и переходами на глубокий уровень при наличии варизонности в объеме кристаллитов. Последнее способствует существенному увеличению интенсивности люминесценции.

PACS: 78.55.Hx, 78.66.Li Полупроводниковые соединения PbSe и CdSe образу- температуре не была обнаружена и появлялась только ют твердые растворы Pb1-xCdxSe, в которых значение после активирующего отжига, который проводился в ширины запрещенной зоны возрастает с увеличением кислородсодержащей атмосфере в присутствии паров состава x. Это позволяет смещать спектральную харак- йода. Давление пара йода поддерживалось постоянным теристику фотопроводимости и фотолюминесценции в в течение всего процесса. Отжиг слоев в атмосфере коротковолновую область спектра по сравнению с селе- йода приводил к их перекристаллизации, о чем свинидом свинца. Созданные на основе Pb1-x Cdx Se фото- детельствуют РЭМ изображения поверхности и скола приемники и источники инфракрасного (ИК) излучения отожженных пленок (рис. 2, a, b). Кроме того, методом могут использоваться в оптических газоанализаторах [1]. РФА было установлено, что в процессе отжига происИсточниками излучения в таких ИК-абсорбционных га- ходит образование новых фаз: оксидов свинца, йодидов зоанализаторах служат переизлучающие структуры на свинца и йодидов кадмия. Они формируются на поверхоснове поликристаллических слоев Pb1-xCdxSe благода- ности слоя в результате взаимодействия с активными ря наблюдаемой в них высокой фотолюминесценции [2]. компонентами (йодом и кислородом) газовой среды, а Усиление люминесценции тонких пленок селенида также сегрегируют на поверхности зерен внутри слоя свинца после их окисления ранее отмечалось многими (рис. 2). Аналогично проводился отжиг и в отсутствие авторами [2–4] и связывалось с улучшением кристал- йода (методика более подробно описана в работе [6]).

лической структуры зерен. В то же время многие Фотолюминесценция исследовалась при возбуждении вопросы физики этого явления, в том числе механизмы GaAs-cветодиодом на монохроматоре МДР-12. Фотоизлучательной рекомбинации, остаются до конца не приемником служил фоторезистор на основе PbSe.

выясненными. Данные оцифровывались при помощи платы ввода– Цель данной работы заключалась в исследовании вывода L-CARD L-154 и обрабатывались в программе, фотолюминесценции в поликристаллических слоях твер- специально написанной в графической среде объектного дого раствора селенида свинца–селенида кадмия, акти- программирования LabVIEW 6.0.

вированных термическим отжигом в присутствии паров Было отмечено, что для слоев одного и того же йода. В задачу также входило сравнение полученных исходного состава положение максимума спектральной результатов с результатами исследования для структур, характеристики и интенсивности излучения изменяются проходивших активацию в отсутствие йода. Все измерения проводились при комнатной температуре.

Образцы для исследований формировались на стеклянных подложках вакуумным термическим напылением из предварительно синтезированной шихты. По данным рентгеновского фазового анализа (РФА), исходные пленки отвечали твердому раствору Pb1-xCdxSe состава x = 0.1. Твердый раствор такого состава при использованных в данной работе температурах активации (623–873 K) в соответствии с равновесной диаграммой состояния системы PbSe–CdSe [5] является пересыщенным. Микроструктура исходного слоя представлена на рис. 1, изображение получено на растровом электронном микроскопе (РЭМ) CamScan S4-90-FI.

Фотолюминесценция в исходных слоях при комнатной ¶ Рис. 1. Микроструктура исходного слоя.

E-mail: gamarts@mail.ru 684 А.Е. Гамарц, В.А. Мошников, Д.Б. Чеснокова в зависимости от температуры активации (рис. 3). Эти результаты отличаются от данных работы [2], где каждому составу x слоя Pb1-xCdxSe (x от 0 до 0.2) отвечает строго определенное положение спектра люминесценции. Из рис. 3 видно, что спектры фотолюминесценции смещаются с понижением температуры термообработки в длинноволновую область, соответствующую твердому раствору Pb1-xCdxSe, с меньшим по сравнению с исходным составом слоя содержанием кадмия. Изменение состава твердого раствора в процессе отжига подтверждают данные РФА. Для активированного слоя наблюдается смещение рефлексов от твердого раствора в сторону уменьшения углов, что соответствует уменьшению содержания кадмия (рис. 4).

Изменение содержания кадмия в твердом растворе Рис. 3. Приведенные спектры фотолюминесценции поликриможет происходить в результате химических реакций, сталлических слоев Pb1-x CdxSe в зависимости от значения протекающих при взаимодействии твердого раствора температуры активации: 1 — 623, 2 — 693, 3 — 763 K.

с активными компонентами газовой среды, а также в результате распада пересыщенного твердого раствора.

В пользу последнего механизма свидетельствует тот факт, что наблюдаемый нами характер изменения состава раствора с уменьшением температуры отжига коррелирует с ретроградным характером сольвуса на диаграмме PbSe–CdSe [5]. Аналогичные явления наблюдались ранее в системе PbS–CdS [7].

Рис. 4. Фрагмент штрихдиаграммы исходного слоя (2) и отожженного в присутствии парод йода (1).

Полоса поглощения в районе 3.4 мкм, присутствующая на всех спектрах (рис. 3), по-видимому, связана с поглощением испускаемого слоем излучения в оксидных и йодидных фазах, образующихся на поверхности зерен при отжиге.

В ряде работ [8–10] указывается на участие в рекомбинационных процессах энергетического уровня, расположенного в нижней половине запрещенной зоны и связываемого с кислородом. В этом случае в отличие от формулы для прямых межзонных переходов h I(h) =A(h - Eg)1/2 exp -, (1) kT Рис. 2. Микроструктура поверхности и скола слоя, прошедформа спектра излучения аппроксимируется моделью шего термическую активацию в присутствии паров йода (a), и микроструктура активированного слоя с удаленными оксидны- Луковского [11] для переходов носителей заряда из ми и йодидными фазами (b). зоны на глубокий уровень с сильнолокализованным Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Фотолюминесценция в поликристаллических слоях Pb1-x Cdx Se, активированных в присутствии... свойств исследованных структур в процессе окисления в присутствии паров йода связывается нами, с одной стороны, с перекристаллизацией и улучшением структуры слоя (рис. 2) и, с другой стороны, с образованием варизонной структуры в объеме зерен. Аналогичный эффект образования варизонной структуры и усиления люминесценции рассмотрен в работе [12] для системы PbS–CdS.

Таким образом, можно сделать вывод, что в окисленных в присутствии паров йода поликристаллических слоях Pb1-xCdxSe излучательная рекомбинация определяется прямыми межзонными переходами и переходами на глубокий акцепторный уровень при наличии варизонной структуры в объеме кристаллитов. Последнее способствует существенному увеличению интенсивности фотолюминесценции за счет накопления генерируемых Рис. 5. Сравнение расчетных и экспериментальных спек- возбуждающим излучением носителей заряда в наиболее тров фотолюминесценции. 1 — экспериментальные данные, узкозонной части кристаллитов.

2 — расчет с учетом варизонности структуры, 3 —расчет без учета варизонности структуры.

Список литературы [1] Е.М. Гамарц, В.А. Крылов. Петербургский журн. электроники, № 1, 54 (2004).

потенциалом [2] С.В. Непомнящий, А.В. Пашкевич, Ю.Л. Шелехин, 3/Л.К. Дийков. ФТП, 18, 2233 (1984).

h h I(h) =B(h)-1 - 1 exp -, (2) [3] Ф. Галески, И.А. Дрозд, Л.Я. Лебедева, В.П. Тен, E0 kT А.Э. Юнович. ФТП, 11, 568 (1977).

[4] Г.А. Калюжная, К.В. Киселева. Тр. ФИАН, 177, 5 (1987).

где A и B — константы, Eg — ширина запрещенной [5] З.Ф. Томашик, Г.С. Олейник, В.Н. Томашик. Изв.

зоны, E0 — энергия ионизации уровня.

АН СССР. Неорг. матер., 16, 261 (1980).

В данной работе аналогично [10] учитывалось сов[6] Е.М. Гамарц, Н.В. Голубченко, В.А. Мошников. Д.Б. Чесместное действие обоих механизмов рекомбинации. Кронокова. Петербургский журн. электроники, № 4, ме того, экспериментальные данные свидетельствуют об (2003).

образовании варизонной структуры, связанной с неод[7] C.И. Золотов, Н.Б. Трофимова, А.Э. Юнович. ФТП, 18, нородным распределением Cd в объеме зерен твердого (1984).

раствора Pb1-xCdxSe. Последнее вызвано существенным [8] С.И. Золотов. ФТП, 19, 1822 (1985).

уменьшением содержания Cd в твердом растворе при [9] С.А. Олеск, А.Н. Пихтин, А.Э. Юнович. ФТП, 24, (1990).

отжиге.

[10] Н.П. Анисимова, Т.Р. Глобус, Л.К. Дийков, Ю.В. Калинин, Расчет теоретического спектра с учетом варизонноТ.Г. Николаева, А.О. Олеск. ФТП, 17, 534 (1973).

сти структуры и сравнение его с экспериментальными [11] G. Lukovsky. Solid State Commun., 3 (9), 299 (1965).

результатами проводился в специальной программе, на[12] А.Г. Роках, Н.Б. Трофимова. ЖТФ, 71 (7), 140 (2001).

писанной в среде LabVIEW 6.0. Наилучшее совпадение Редактор Л.В. Беляков расчетных и экспериментальных спектров (рис. 5) было получено при учете варизонности и значениях параметPhotoluminescence in Pb1-xCdxSe ров, приведенных в таблице.

polycrystalline layers activated in presence of iodine vapour Значение, эВ Параметр A.E. Gamarts, V.A. Moshnikov, D.B. Chesnokova min max Saint-Petersburg State Electrotechnical University, Eg 0.322 0.197376 St. Petersburg, Russia E0 0.299 0.

Abstract

The investigations of photoluminescence in Pb1-xCdx Se polycrystalline layers oxidated in presence of iodine Зависимость положения максимума спектральной хаvapour are carried out. It is shown that radiative recombination in рактеристики от температуры активации наблюдалась such structures will be determined by direct interband transitions и на структурах, проходивших активацию без паров and transitions to a deep level with presence of band gap variation йода. В этом случае интенсивность люминесценции бы- in the volume of crystallites. The last provides increasing of luminescence intensity.

ла существенно меньше. Увеличение люминесцентных Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, 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.