WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 5 Метастабильный X-центр в монокристаллах теллурида кадмия © П.Н. Ткачук, В.И. Ткачук, П.Н. Букивский, М.В. Курик Черновицкий национальный университет, 58012 Черновцы, Украина E-mail: ptkachuk@chnu.cv.ua Институт физики Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина E-mail: bukivsky@iop.kiev.ua (Поступила в Редакцию 8 июля 2003 г.) Приведена модель метастабильного DX-центра, сформированного в результате дисторсии кристаллической решетки CdTe ян-теллеровского типа — смещения атома остаточной донорной примеси DCd в область ближайшего междоузлия (D — элемент III группы Периодической системы). На основе координатноконфигурационной диаграммы ассоциированного дефекта VCd-Di, учитывающей тетраэдрические и гексагональные позиции междоузельного атома, объяснены: сдвиг Стокса, электронный тип проводимости, положение уровня Ферми, особенности фотолюминесценции и др. Результаты исследования энергетического спектра DX-центра коррелируют с известными данными теоретических расчетов.

1. Введение дополнительного электрона на нейтральное состояние донора d0: 2d0 d+ + DX-.

Наличие технологически неконтролируемых примеЕсли X-центры в соединениях AIIIBV теоретически сей, собственных дефектов решетки и различного типа и экспериментально изучены достаточно полно, то в комплексов приводит к образованию в CdTe (как и соединениях AIIBVI — в основном теоретически. Тем в других полупроводниковых соединениях AIIBVI) ценне менее для элементов III группы механизмы фортров с глубокими уровнями. Вакансия катиона является мирования глубоких центров в CdTe и в некоторых основным комплексообразующим дефектом и может насоединениях AIIIBV (GaAs, GaAlAs) аналогичны [6,7].

0 ходиться в различных зарядовых состояниях — VCd, VCd Известно [6], что в CdTe DX-центры, образованные -и VCd [1,2]. В частности, двухзарядные вакансии кадмия примесями Al, In и Ga, локализуются соответственно вместе с примесными элементами III или VII группы на 0.55, 0.61 и 0.54 eV ниже минимума зоны проводиПериодической системы образуют ассоциации (так намости с энергиями связи 0.42, 0.04 и 0.08 eV. Однако, зываемые „двойные акцепторы“ и A-центры), которые теоретические расчеты нуждаются в экспериментальном локализуются глубоко в запрещенной зоне соединения подтверждении.

и играют важную роль в рекомбинационных процессах.

Целью работы является идентификация модели и Литературные данные по исследованию энергетисоответственно электронных состояний DX-центра в ческого спектра глубоких центров в CdTe довольно монокристаллах CdTe. При этом исследовались образцы противоречивы [1,2]. Особенно это касается природы кристаллов с примесно-дефектным составом, наиболее акцепторного уровня Ec - 0.06 eV, который относится широко используемом в практике создания спектрок группе неидентифицированных до настоящего времетрических детекторов ядерного излучения на основе мени локальных состояний. Известно, что он может полуизолирующего CdTe. Для получения такого масоответствовать и собственному дефекту, и ассоциации териала необходима компенсация действия вводимых собственный дефект–примесь. При этом не всегда надонорных примесей, что достигается путем отклонения блюдается корреляция данных различных авторов по стехиометрии соединения в сторону избытка Te.

определению величины энергии связи дефекта (см., например, [3]).

2. Характеристика образцов В последнее время при теоретическом исследовании перехода мелкий–глубокий уровень в полупроводни- и методика эксперимента ковых соединениях AIIBVI и AIIIBV [4–7] используется микроскопическая модель X-центра, сформирован- Монокристаллы теллурида кадмия выращивались из расплава методом Бриджмена. Методика легирования ного в результате дисторсии кристаллической решетки донорной примесью ClTe и механизмы компенсации ян-теллеровского типа — смещения центрообразующего атома вдоль направления [111] в область ближайше- описаны в [8].

го междоузлия. Следствием дисторсии является обрыв Образцы CdTe + Te получали следующим образом.

связи с атомом соседней подрешетки и понижение Особенности P-T-X-диаграммы фазового равновесия симметрии центра от тетраэдрической (Td) до триго- теллурида кадмия приводят при выращивании кристалнальной (C3v). В случае донорной примеси релакса- лов из расплава к незначительному ( 1017 cm-3) отция кристаллической решетки сопровождается захватом клонению стехиометрии в сторону избытка Te [1,2].

Метастабильный X-центр в монокристаллах теллурида кадмия Для более эффективного насыщения соединения теллуром применялись статический и динамический методы выращивания кристаллов из газовой фазы [9]. В этом случае использовали предварительно синтезированный при температуре расплава CdTe или CdTe(In).

По сравне6нию с p-CdTe, полученным из расплава, монокристаллы n-CdTe + Te, выращенные из газовой фазы, характеризуются некоторым ухудшением совершенства кристаллической структуры: появляются включения Te в количестве 102-104 cm-2, а средняя плотность дислокаций увеличивается на порядок и составляет 105 cm-3.

Как показано в [10], суммарный фон технологически неконтролируемых (остаточных) примесей донорного типа (Ga, In, Al, Tl, Cl) в монокристаллах CdTe, выращенных методом Бриджмена, может достигать значения 1017 cm-3. Причем максимально возможные концентрации наиболее интересующих нас элементов Рис. 1. a — спектр фотолюминесценции монокристалла n-CdTe Cl (NCl = 5.0 · 1017 cm-3) при T = 4.5K;

III группы практически равны: NGa = 2.0 · 1016 cm-3 и b — спектральное распределение фототока образцов NIn = 3.0 · 1016 cm-3.

n-CdTe Cl при T = 300 K. 1 — NCl = 5.0 · 1017 cm-3, Исследовались образцы исходного p-CdTe (p 2 — NCl = 1.0 · 1019 cm-3.

1014 cm-3, µ = 80-90 cm2/V · s), а также образцы, насыщенные теллуром: n-CdTe (n 1014 cm-3, µ = = 600-700 cm2/V · s); n-CdTe In (n 107 cm-3, µ = = 400-800 cm2/V · s); n-CdTe Cl (n 106 cm-3, µ = активации акцеторного уровня (Et = 0.06 eV) из выра= 300-500 cm2/V · s).

жения Спектры низкотемпературной фотолюминесценции Et = Eg - h(IE), (2) (ФЛ) и экситонного отражения (ЭО) снимали на где Eg = 1.606 eV при 4.5 K.

естественных сколах монокристаллов при возбуждеТо же значение Et получено для низкоомных (некомнии образцов излучением аргонового лазера мощнопенсированных) образцов по температурным зависимостью 1022 cm-2 · s-1. Использовалась стандартная схестям проводимости.

ма фотоэлектрической регистрации и синхронного деОценка „оптической“ энергии активации E0 провотектирования. В качестве диспергирующего устройства дилась по длинноволновой границе спектрального расиспользовался спектрометр СДЛ-1 (линейная дисперсия 6 / mm). Низкотемпературные исследования про- пределения фототока в примесной области (рис. 1, b) или по спектральной зависимости инфракрасного гаводились при помощи терморегулирующей системы шения фототока [11]. Для всех исследуемых образцов „УТРЕКС“, стабилизирующей температуру образцов с E0 = 0.75-0.80 eV.

точностью 0.05 K.

При исследовании экситонной ФЛ в области 1.606-1.580 eV (рис. 1, a) энергии активации изоли3. Экспериментальные результаты рованных дефектов Eb определяли по энергии связи ex и их обсуждение Eb экситон-примесных комплексов (ЭПК), используя эмпирические соотношения Хайнса (m/m = 4) [1,2] h e На рис. 2 (кривая 1) приведен спектр экситонной ФЛ ex монокристаллов p-CdTe при 4.5 K. Наблюдаются линии Eb = Eb, (1) излучения A, D и C, обусловленные аннигиляцией ЭПК, где = 0.24, 0.2 и 0.1 для ионизированного донора, а также уширенные линии I и X (соответственно в нейтрального донора и нейтрального акцептора соответ- более длинноволновой области и на частоте свободного ственно. экситона). В[12] линия C (1.5915 eV) интерпретируется Структура краевого излучения образцов в области как излучение некоторого числа свободных экситонов, 1.57-1.50 eV (рис. 1, a) для образцов с уровнем леги- связанных на одном атоме примеси. По литературным рования < 1018 cm-3 состоит из полос (D-A) и IE. По- данным [2,13], линия A (1.5900 eV) обусловлена анвышение концентрации легирующей примеси приводит нигиляцией экситонов, связанных на нейтральных акк существенному ослаблению итнтенсивности краевой цепторах (A0, X), которые определяют дырочный тип ФЛ. Согласно [11], механизм рекомбинации в полосе проводимости. Конкурирующее влияние электронной IE (1.54 eV) соответствует схеме зона–примесь, что проводимости проявляется в наличии менее интенсивпозволяет определить значение „термической“ энергии ной линии D (1.5935 eV), обусловленной излучением Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 806 П.Н. Ткачук, В.И. Ткачук, П.Н. Букивский, М.В. Курик логичного (2) [14], Eb = Eg - h(I). (3) Отметим, что тригональная симметрия соответствует микроскопической модели X-центра, т. е. природу линии I можно рассматривать и с этой точки зрения.

Определение условий, способствующих образованию X-центров, является сложной задачей, требующей проведения комплексных исследований. Тем не менее данные микро- и рентгеноструктурного анализа монокристаллов CdTe + Te показывают, что преципитаты теллура являются основным источником возникновения дальнодействующих упругих сил, связанных с упругими „напряжениями несоответствия“ частиц другой фазы с матрицей. По нашему мнению, напряжения в решетке и приводят к смещению остаточной примеси из узла в междоузлие. Подтверждением этого следует считать повышение интенсивности линии I по мере увеличения парциального давления Te в технологическом процессе (вставка a на рис. 2).

Рис. 2. Спектры экситонной ФЛ монокристаллов при На вставке b показана структура спектра ЭО, обусловT = 4.5K: 1 — p-CdTe; 2 — n-CdTe. Значения упругости ленная состояниями свободного (n = 1) и связанного паров Te в ампуле (PTe2, kPa): 1 — 0.1; 2 — 3.0. На встав(линия A) экситонов. Природа A-линий при 1.5900 eV ках: a — зависимость величины K (отношения интенсивности в спектрах ФЛ и ЭО связывается нами с наличием в линии I к интенсивности линии D) от значения упругости поверхностном слое образцов вакансий кадмия.

паров Te; b — типичный спектр ЭО.

Представляет интерес температурная зависимость (рис. 3) спектров экситонной ФЛ для компенсированных кристаллов CdTe Cl (NCl = 1017-1020 cm-3). При экситонов, связанных на нейтральных донорах (D0, X).

T = 4.5 K наблюдаются те же линии C, D и I, что и В роли нейтральных состояний могут выступать изолидля низкоомных образцов n-CdTe. В области температур рованные остаточные примеси или собственные дефекты 15-20 K происходит полное гашение экситонных линий, кристаллической решетки, а также комплексы с их участием [2,13].

Насыщение кристаллов теллуром (кривая 2 на рис. 2) приводит к увеличению интенсивности и сужению линий I (1.5860 eV) и X (1.5965 eV), а также к появлению доминирующей линии I (1.5924 eV), которая в [2,14] интерпретируется как излучение экситонов, связанных на ионизированном доноре (D+, X). Отметим, что такой вид спектра экситонной ФЛ соответствует электронной проводимости образцов, несмотря на закономерное [1,2] генерирование акцепторов (VCd) при увеличении содержания анионной компоненты CdTe.

Относительно линии I известно следующее. Согласно [16], она является типичной для монокристаллов, сильно легированных примесью хлора, однако, по нашим данным [8] и данным в [16], эта линия характерна для кристаллов CdTe + Te. В [17] она интерпретируется как фононное повторение линии A0, X с энергией TA-фононов 4.3 meV. Наибольший интерес вызывают данные работы [14], где природа линии I объясняется рекомбинацией электрона, захваченного центром с тригональной симметрией, и дырки валентной зоны.

В соответствии с таким механизмом излучательной Рис. 3. Спектры экситонной ФЛ кристалла n-CdTe Cl рекомбинации величина энергии связи электрона в ло- (NCl = 5.0 · 1017 cm-3), снятые при различных температурах.

вушке (Eb = 0.02 eV) определяется из выражения, ана- T, K: 1 —4.5, 2 — 10, 3 — 20. На вставке: спектр ЭО.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Метастабильный X-центр в монокристаллах теллурида кадмия ассоциированной пары: вакансии (или „части“ вакансии) и междоузельного донора. Рассмотренные особенности спектров ФЛ и ЭО монокристаллов говорят в пользу модели ассоциированного дефекта с участием вакансии катиона (VCd) и остаточной донорной примеси (DCd), идентификация которой проведена в 3.2.

3.1. Координатно- конфигурационная диаг р а м м а. Доминирование в спектрах экситонной ФЛ исследуемых кристаллов линий D (D0, X) и I (D+, X), характерных для изолированных водородоподобных состояний донора в CdTe, свидетельствует о нестабильности X-центра при высоком уровне оптического возбуждения системы. В связи с этим целесообразно обратиться к модели типичного метастабильного DX--центра, рассмотренного в [4–6] (рис. 5, a). При этом необходимы следующие уточнения. Значение „термической“ энергии активации Et согласно диаграммы равно энергии связи DX--центра Eb(DX-). С другой стороны, экспериментально измеренное значение энергии активации Et определяется высотой вибронного барьера между ионизированным (d0 + e) и неионизированным (DX-) состояниями глубокого центра Рис. 4. Спектр экситонной ФЛ полуизолирующего образEt = Eb(DX-) + Ec, (4) ца монокристалла CdTe In, выращенного из газовой фазы (PTe2 3.0kPa) с использованием легированной индием шихгде Ec — высота энергетического барьера, препятты синтезированного теллурида кадмия. На вставке: типичный ствующего обратному тепловому выбросу носителя в спектр излучения A-центров в образцах CdTe.

c-зону. В большинстве случаев величина Ec мала по сравнению с величиной Eb(DX-) и Et Et.

Значение „оптической“ энергии активации E0 опреоднако при T 20 K (независимо от концентраций хлоделяет глубину ловушек захвата относительно c-зоны.

ра) появляется отсутствующая при 4.5 K линия I.

Существенное различие величин Et и E0 объясняется на Показанный на вставке спектр ЭО характеризуется основе принципа Франка–Кондона о неизменности конотсутствием линии A и наличием, как и в спектрах ФЛ фигурационной координаты Q при оптическом переходе.

данных образцов, линии I при 1.5860 eV. Исчезновение Рассмотренный вариант диаграммы соответствует спеA обусловлено снижением концентрации изолированных циально нелегированному CdTe с составом, близким к вакансий кадмия в результате образования нейтральных стехиометрическому. Как показано далее, для исследукомплексов вида VCd-2ClTe [8]; появление I — влияниемых кристаллов в модельном представлении X-центра ем других, электрически более активных образований с необходимо учесть влияние примесно-дефектной струкучастием VCd.

туры образцов и различие позиций центрообразующего На рис. 4 представлен спектр экситонной ФЛ моноатома, находящегося в междоузлии.

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.