WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

кристалла CdTe In (NIn 5.0 · 1016 cm-3), где доминиДостаточно высокий уровень легирования полупрорует линия I (1.5938 eV), которая в [13,17] объясняется водникового соединения может привести к изменению аннигиляцией экситонов, связанных на In-центре. При зарядового состояния DX--центра. Например, в [7] этом сопутствующая остаточная примесь проявляется в описана трансформация Si : DX--центра в нейтральное наличии слабоинтенсивной линии I.

состояние d0 при легировании кристаллов GaAs приКак показано в [16], излучение A-центров (вставка на месью бора. Причем прямое взаимодействие примеси рис. 4) обусловлено переходами внутри электрически с X-центром не является обязательным, однако, под активного комплекса VCd–донорная примесь. Структура воздействием атомов лигатуры DX--центр становится излучения состоит из нескольких LO-фононных повторенестабильным.

ний нуль-фононной полосы Z (1.450 eV). Относительная В случае монокристаллов n-CdTe Cl возможны анаинтенсивность отдельных LO-полос хорошо описывается логичные трансформации DX-центра в поле заряженных распределением Пуассона. Природа Y -полосы (1.477 eV) дефектов Cl+ высокой концентрации остается невыясненной, некоторые авторы связывают ее Te с наличием приципитатов теллура [18].

DX- + Cl+ DX0 + Cl0. (5) Дисторсия решетки при формировании DX-центра, по- Te Te добно дефекту Френкеля, характеризуется образованием Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 808 П.Н. Ткачук, В.И. Ткачук, П.Н. Букивский, М.В. Курик Рис. 5. Координатно-конфигурационные диаграммы метастабильных X-центров: a — типичный DX--центр [4-6], b — ассоциация VCd-Di (Di — междоузельный атом центрообразующей донорной примеси). Здесь UT (H) — энергия системы кристалл–X-центр в случае тетраэдрической (гексагональной) позиции центрообразующего атома в междоузлии; Uc — энергия кристалл–свободный электрон; E — энергия свободного носителя заряда; Q — конфигурационная координата.

Следует отметить, что правомочность реакции (5) слу- для нейтрального (d0) или ионизированного (d+) донора.

жит дополнительным фактором, объясняющим извест- В этом варианте диаграммы значение E0 (измеряемое ный эффект „самоочистки“ кристаллов теллурида кад- методом ФП) также определяет глубину ловушки захвамия [19], а именно перевод электрически активных при- та относительно c-зоны; значение Et с учетом перехода месей в нейтральное состояние в результате введения DX- DX+(DX0) выражается как примеси хлора.

Et = Eb(DX) + Ec, (7) Для монокристаллов n-CdTe и n-CdTe In с избытком анионной компоненты наиболее вероятным является где Ec = Eb(d) + E. Очевидно, что Ec в (7) соответвлияние нейтральных вакансий кадмия ствует энергии связи элемента Di ассоциированной пары VCd-Di. Таким образом, по сравнению с изолированным DX- + V0 DX+ + V2-. (6) Cd Cd донором d0, для которого Eb(d0) =0.014 eV [11,22], Реакции (5) и (6) показывают нестабильность в ука- энергия связи для Di увеличивается на величину базанных образцах состояний DX- относительно DX0 и рьера E и равна согласно выражению (3) 0.02 eV.

DX+, которые в свою очередь при отсутствии барьера [7] Следовательно, E = 0.006 eV, и при достаточно низких легко трансформируются в состояния d0 и d+ соответ- температурах самопроизвольных трансформаций типа ственно. DX0 d0 или DX+ d+ не происходит.

Координатно-конфигурационная диаграмма ассоции- На основе координатно-конфигурационной диаграммы рованного дефекта VCd-Di (рис. 5, b) учитывает не ассоциированного дефекта особенности экситонной ФЛ только трансформации, обусловленные реакциями (5) кристаллов CdTe объясняются следующим образом.

и (6), но и возможность нахождения междоузельного Предположим, что X-центр находится в основатома в двух позициях: тетраидрической (T) и гексаго- ном состоянии DX0 при температуре жидкого гелия нальной (H). Такая возможность подтверждается обнару- (T-конфигурация) и возбуждается мощным лазерным изженным в [14] эффектом расщепления линии ФЛ I при лучением. Оптическое возбуждение приводит к неравноналожении одноосного сжатия вдоль направления [111]. весному состоянию кристаллической решетки, и центр Подобная модель использована для ассоциированных скачкообразно переходит в H-конфигурацию — состодефектов VZn-Ga и VSe-As в монокристаллах ZnSe [20], яние d0 (в спектрах ФЛ наблюдается существенное а также для пары ClTe-Cli в монокристаллах CdTe [21]. повышение интенсивностей линии D). Повышение темКривые UH расположены вблизи кривых UC и при пературы обусловливает размораживание нейтрального Q = 0 отличаются на величину связи носителя заряда донора, и в спектарх ФЛ появляется линия I (D+, X), Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Метастабильный X-центр в монокристаллах теллурида кадмия Таблица 1. Глубокие центры излучательной рекомбинации понижается в соответствии с выражением CdTe, в состав которых входят вакансия катиона и остаточная ND - NA донорная примесь EF = Ec + kT ln, (9) Nc Тип Обозна- Полоса ФЛ Модельное представление где ND - NA = n, Nc — эффективная плотность состояцентра чение (4.5 K) ний в c-зоне CdTe.

VCd-Di DX I T-конфигурация дефекта Понижение уровня Ферми составляет при 20 K вефренкелевского типа личину, равную 0.05 eV, что соответствует полной V2--d+ DA IE H-конфигурация DX-центра Cd i ионизации состояний X-центра в H-конфигурации. В свяV2--d+ r Z A-центр Cd Cd зи с этим возникает вопрос относительно устойчивости ассоциации дефектов, так как рекомбинационный барьер, отделяющий междоузлие от вакансии, резко Таблица 2. Энергетический спектр метастабильного уменьшается при ионизации одного из элементов ассоDX-центра в монокристаллах CdTe Cl циации [24]. В рамках простейшей модели, описанной в [24], вероятность рекомбинации пары определяется Состояние Энергия связи Eb, eV Линия ФЛ h, eV зависимостью, аналогичной выражению (6), и близко к нулю в рассматриваемом диапазоне температур.

d+ 0.015 I(1.5924) В табл. 1 указаны модельные представления для трех d0 0.015 D(1.5935) типов глубоких центров, ответственных за излучение 0.014 [11] полос ФЛ I, IE и Z (схема излучательных переходов Di 0.02 I(1.5860) представлена в нижней части рис. 5, b). Для исследуемых DX0 0.кристаллов отметим два фактора 1) на основе предлоDX- 0.женной в данной работе модели локальное состояние 0.08 [6] двойного акцептора DA можно рассматривать как ре Более точное значение, полученное из уравнения Дебая–Конвелла.

зультат перехода между T- и H-конфигурациями опти Теоретическое значение для Ga : DX-центра.

чески возбужденного DX-центра; 2) как показано в [20] на примере кристаллов ZnSe, наличие сопутствующих A-центров может быть причиной отсутствия в образцах доминирующая при 20 K. Очевидно, что для исходного характерного эффекта — остаточной фотопроводимости состояния DX+ линия I должна доминировать и при при достаточно низких температурах [6].

T = 4.5K.

3.2. Идентификация электронных состояСогласно [7], вероятность того, что фотовозбужденний DX- центра. Согласно [7] ные носители заряда обладают минимальной энергией, необходимой для формирования DX-центров, определяEb(DX-) =2Eb(DX)0. (10) ется выражением Выражения (1), (3), (7) и (10) применялись для расчета данных, представленных в табл. 2. Использование f (Eb) =[1 + exp(Eb - EF)/kT ]-1. (8) полученных выше параметров приводит к совпадению величины энергии связи Eb(DX-) с теоретически расПри этом стабильное существование DX-центра в считанным значением для Ga : DX-центра [6]. СледоваT-конфигурации связано со стабилизацией уровня Фертельно, наиболее вероятным центрообразующим дономи EF выше Ec = 0 [7] на величину энергии связи центра ром, ответственным за излучение линии I, следует счи(Eb = EF).

тать остаточную примесь галлия. В пользу такого утверОдним из проявлений эффекта стабилизации уровня ждения говорит анализ спектров ФЛ монокристаллов EF в c-зоне является расположение высокоэнергетиCdTe In. Кроме того, в отличие от других элементов III ческого хвоста краевой ФЛ в области энергий выше группы GaCd, согласно [6], формирует метастабильный Ec = 0 [20], что считается особенностью вырожденных DX-центр (менее стабильный по сравнению с водорополупроводников. Нами таких эффектов не наблюдалось;

доподобным состоянием), что соответствует модельным следовательно, как и предполагалось выше, существовапредставлениям в настоящей работе.

ние состояний DX0(DX+) не является стабильным отноОценку энергии связи состояния DX+ можно просительно состояний d0(d+), обладающих отрицательной вести на примере монокристаллов CdTe и CdTe In энергией связи.

тем же методом. В частности, величина Eb(DX+) для В этом случае применима обычная статистика n-CdTe сравнима с Eb(DX0) для n-CdTe Cl. Однако, в для компенсированного невырожденного полупровод- настоящее время в этом аспекте нельзя сделать какихника [23]. Уровень Ферми для кристаллов CdTe Cl либо обобщающих выводов, поскольку отсутствуют теопри T = 0 совпадает с Ec и с ростом температуры ретические данные для сравнения.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 810 П.Н. Ткачук, В.И. Ткачук, П.Н. Букивский, М.В. Курик 4. Заключение [13] В.И. Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко. Оптические свойства полупроводников. Справочник. Наук. думка, Киев (1987). 608 с.

Приведем другие экспериментальные данные, под[14] T. Taguchi, J. Shirafuji, Y. Inuishi. Phys. Stat. Sol. (b) 68, тверждающие предложенную модель X-центра. В [3] (1975).

с уровнем двойного акцептора Ec - 0.06 eV, кото[15] S. Seto, A. Tanaka, Y. Masa, M. Kawashima. J. Cryst. Growth рый рассматривается нами как уровень DX-центра 117, 271 (1992).

в H-конфигурации, ассоциируется ловушка захвата [16] Н.В. Агринская, Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев. ФТП 5, 5, Ec - 0.04 eV, идентифицированная по спектрам DLTS.

869 (1971).

Поскольку в [3] исследовались образцы CdTe, отожжен[17] L. Worshech, W. Ossau, F. Fisher, A. Waag, G. Landwehr.

ные в парах Cd при высоких значениях pCd, необходи- J. Cryst. Growth 161, 134 (1996).

мо учитывать влияние междоузельных атомов кадмия [18] В.Н. Бабенцов. ФТП 30, 8, 1426 (1996).

[19] О.А. Матвеев, Е.Н. Аркадьева, Л.А. Гончаров. Докл. АН Cdi. Образование вблизи -минимума CdTe примесной СССР 221, 2, 325 (1975).

зоны мелких (Ec - 0.013 eV [2]) уровней Cdi должно [20] П.Н. Ткачук. ФТТ 44, 12, 2113 (2002).

приводить к резкому уменьшению энергии связи изо[21] R. Legros, Y. Marfaing, R. Triboulet. J. Phys. Chem. Solid. 39, лированного донора d0, ассоциированного с остаточной 179 (1978).

примесью. В этом случае согласно (7) Et Eb(DX).

[22] Н.В. Агринская, М.В. Алексеенко, Е.Н. Аркадьева, Итак, в работе:

О.А. Матвеев, С.В. Прокофьев. ФТП 9, 2, 320 (1975).

1) идентифицирована модель DX-центра в монокри[23] В.Д. Попович, Г.М. Григорович, Р.М. Пелещак, П.Н. Ткасталлах CdTe, согласно которой при смещении атома чук. ФТП 36, 6, 674 (2002).

остаточной донорной примеси DCd в область междо- [24] Ж. Бургуэн, М. Ланно. Точечные дефекты в полупроводниках. Экспериментальные аспекты. Пер. с англ. Мир, М.

узлия образуется дефект френкелевского типа VCd-Di (1985). 304 с.

(D — элемент III группы Периодической системы);

2) на основе координатно-конфигурационной диаграммы ассоциации VCd-Di, учитывающей тетраэдрические и гексагональные междоузельные позиции центрообразующего атома, объяснены: сдвиг Стокса, электронный тип проводимости и положение уровня Ферми при оптическом возбуждении кристаллов, особенности фотолюминесценции и др.;

3) полученные данные по экспериментальному исследованию энергетического спектра DX-центра в CdTe коррелируют с известными результатами теоретических расчетов.

Список литературы [1] Физика и химия соединений AIIBVI / Пер. с англ. под ред.

С.А. Медведева. Мир, М. (1970). 624 с.

[2] K.R. Zanio. Semiconductors and semimetals. Vol. 113.

Academic press, N. Y.–San Francisco (1978). 235 p.

[3] T. Takebe, J. Saraie, H. Matsunami. J. Appl. Phys. 53, 1, (1982).

[4] D.J. Chadi. Phys. Rev. Lett. 72, 4, 534 (1994).

[5] D.J. Chadi. Appl. Phys. Lett. 59, 27, 3589 (1991).

[6] C.H. Park, D.J. Chadi. Phys. Rev. B 52, 11 884 (1995).

[7] D.J. Chadi, K.J. Chang. Phys. Rev. B 39, 10 063 (1989).

[8] П.Н. Ткачук, В.И. Ткачук, В.М. Цмоць, В.С. Штым. Неорган. материалы 36, 1443 (2000).

[9] А.В. Савицкий, П.Н. Ткачук, В.И. Чоботар, П.П. Бейсюк, П.Н. Букивский, И.И. Блиско. Изв. АН СССР. Неорган.

материалы 26, 2661 (1990).

[10] R. Rudolph. Prog. Crystal Growth and Charact 29, (1994).

[11] Н.В. Агринская, Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев. ФТП 5, 5, 863 (1971).

[12] Н.В. Агринская, Н.Н. Зиновьев, О.А. Матвеев, И.Д. Ярошецкий. ФТП 14, 1, 55 (1980).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.