WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

электронов n =(Cnr P0)-1. Это может иметь место при r В работе [19] были исследованы кристаллы, состав P0 pr, т. е. когда концентрация заполненных глубоких r которых изменялся в пределах области гомогенности центров прилипания электронов Nt, формирующих P0, r вдоль разреза CdS–Ga2S3: от 47.5 до 50.5 мол% CdS.

значительна.

Наблюдались полосы ФЛ 2.76, 2.08, 1.73 и 1.38 эВ. Была В кристаллах типа B длинновременной участок сделана попытка связать некоторые из наблюдаемых поспада фототока представляет собой гиперболу лос ФЛ со структурными дефектами тиогаллата кадмия.

(рис. 5, c, d), следуя закону изменения концентрации Напомним, что соединение CdGa2S4 относится к алn(t) =n0[1 + Cnr n0t]-1, где n0 — амплитуда длинномазоподобным полупроводникам с тетрагональной ревременного участка. Это означает, что рекомбинация шеткой, у которых 1/4 часть катионных узлов не зачерез r-центры при использованных интенсивностях нята. Тетрагональное искажение элементарной ячейки возбуждения является бимолекулярной, т. е. P0 pr — r обусловлено упорядочением вакантных мест и размерслучай малой концентрации центров прилипания.

ным фактором (присутствием в катионной подрешетке Из наклона прямой линии, построенной по судвух сортов катионов с разными кристаллохимическити в координатах [(n0/n) - 1] от t (рис. 5, d) для ми размерами) [2]. Отмечается [19], что при увеличеB-кристаллов было определено сечение захвата элекнии в тиогаллате кадмия относительного содержания тронов r-центрами в приближении, что концентраGa2S3 степень его упорядоченности уменьшается. Об ция r-центров фоточувствительности в них составляет этом свидетельствует тот факт, что значение параметра Nr = n0 1016 см-3. Для CdS, например, такая вели = 2 - c/a (c и a — параметры элементарной ячейчина концентрации r-центров является типичной [15].

ки) уменьшается при отклонении состава кристаллов Полученные значения сечения захвата оказались равот стехиометрического в сторону избытка Ga2S3 (или ными Snr 10-18 см2 и являются характерными для недостатка CdS) — рис. 3 в работе [19]. Таким обраизлучательного захвата электронов на комплексный резом, концентрация дефектов, которая влияет на степень комбинационный центр m-типа, который представляет тетрагонального искривления решетки, больше в случае собой ассоциированную донорно-акцепторную пару [18].

избытка в кристаллах тиогаллата кадмия Ga2S3.

Большее значение P0 в A-кристаллах по сравнению r Можно полагать, что такой случай реализуется в исс кристаллами типа B свидетельствует о большей деследованных нами кристаллах типа A. При этом в кафектности A-кристаллов, большей концентрации в них тионной подрешетке превалируют дефекты [19] VCd — глубоких уровней прилипания, которые кроме формиакцептор и GaCd — донор, которые, будучи противопорования P0 могут играть роль s-центров — центров r ложно заряженными, могут образовывать комплексы — быстрой безызлучательной рекомбинации.

донорно-акцепторные пары (VCd + GaCd). Полагаем, что эти комплексы являются центрами наиболее интенсив4. Природа дефектов в тиогаллате ной в кристаллах типа A полосы ФЛ 1.17 эВ.

В [20] в спектрах ФП кристаллов тиогаллата кадмия, кадмия выращенных из расплава в условиях обеднения кадмиКак отмечалось выше, за время, которое прошло ем, наблюдалась полоса примесной фотопроводимости после впервые осуществленного синтеза тройных со- с hm = 2.7 эВ, которую авторы связали с присутствием единений AIIBIIICVI, появлялось много работ, посвящен- в таких кристаллах VCd. Поскольку тиогаллат кадмия 2 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 822 Е.Ф. Венгер, И.Б. Ермолович, В.В. Миленин, В.П. Папуша имеет n-тип проводимости [11], т. е. ФП обусловлена поэтому определить, на каком расстоянии объединяются свободными электронами, это означает, что расстояние в центр свечения указанные дефекты, не представилось соответствующего уровня от потолка валентной зоны возможным.

EvA составляет 1.0эВ (значение ширины запрещенной В [20] было показано, что свойства кристаллов тиогалзоны Eg тиогаллата кадмия и ее температурного коэффилата кадмия зависят от количества йода в загрузке при циента было взято из работы [21] и при 77 K составляет их выращивании газотранспортным методом, т. е. показа3.69 эВ). Отметим, что в CdS уровень, образованный изоно, что I вносит вклад в образование дефектов решетки.

лированной вакансией VCd, так называемый r-центр фоМогут образовываться как донорные (йод, заменяющий точувствительности (самой медленной рекомбинации), серу, IS), так и акцепторные (межузельный йод, Ii) отстоит от валентной зоны на EvA 1.1эВ [18,22].

центры в запрещенной зоне. Была определена глубиБолее того, в твердых растворах замещения катиона на залегания донорного уровня йода IS: EcD = 0.9эВ.

соединений AIICVI, например в ZnxCd1-xS, глубина залеПрисутствие межузельных атомов Ii представляется гания катионной вакансии от потолка валентной зоны не маловерятным из-за большого ионного радиуса иона изменяется при изменении x от 0 до 1 [23]. Получается, I-1 (2.2 ). Считаем, что образование комплексных i что это правило справедливо и для твердых растворов центров (VCd+IS) обусловливает наблюдаемую нами в CdS и Ga2S3. Таким образом, если принять чисто ионную кристаллах типа A полосу 1.79 эВ (рис. 2, a). Оценка по модель образования тройного соединения, т. е. считать, формуле (1) показывает, что в этом случае = 100 мэВ, что электронные состояния валентной зоны образованы т. е. расстояние между взаимодействующими дефектами электронными орбиталями серы, то уровень дефекта несколько больше, чем в случае комплексов (VCd+GaCd).

(катионной вакансии) образован оборванными (незаКроме того, в исследованных A-кристаллах могут приполненными) валентными связями серы, отщепленными сутствовать вакансии серы (VS) — доноры, что постулиот валентной зоны, и потому является „привязанным“ ровалось в работе [20]. Они образуются в кристаллах к ней.

вследствие явления самокомпенсации, известного для Присутствие в кристаллах тиогаллата кадмия антиструктурных дефектов GaCd — доноров было обнаруже- широкозонных бинарных соединений [26]. Так, несмотря но в [24] при исследованиях электронного парамагнит- на большую концентрацию акцепторов (в частности, ного резонанса в CdGa2S4 : Mn. Следует отметить, что кадмиевых вакансий), не удавалось получить кристаллы значительная вероятность создания антиструктурных де- тиогаллата кадмия с p-типом проводимости. Эти доноры фектов в тиогаллате кадмия (донора GaCd и акцептора (VS) также могут взаимодействовать с VCd, образуя CdGa) вытекает из близости значений электроотрица- комплексы (VCd + VS), по нашему предположению — тельностей атомов Cd и Ga — 1.7 и 1.6 соответственно.

центры, ответственные за полосу 2.05 эВ. Естественно Концентрация центров GaCd увеличивается в результате полагать, что расстояние между компонентами этого отжигов легколетучих компонентов, какими являются центра такое же, как и в случае комплексов (VCd+IS), т. е.

Cd и S. Было установлено [4], что такой дефект обра также 100 мэВ. Тогда глубина залегания уровня VS зует глубокий донорный уровень в запрещенной зоне, в запрещенной зоне тиогаллата кадмия, рассчитанная по глубина которого относительно дна зоны проводимости формуле (1), будет равна EcD 0.6 эВ. Энергетическая составляет EcD 1.6 эВ. можно думать, что именно этот схема соответствующих уровней и излучательных элекдефект в изолированном состоянии ответствен за формирование P0 в исследованных нами кристаллах типа A r и при комнатной температуре является s-центром — центром быстрой безызлучательной рекомбинации.

Вернемся к полосе ФЛ 1.17 эВ, за которую ответственны, как мы полагаем, являются комплексы (VCd+GaCd).

Энергия кванта излучения донорно-акцепторной пары (ДАП) в кулоновском приближении (в пренебрежении обменным взаимодействием) определяется как [25] hm = Eg - (EvA + EcD) +, (1) где = e2/RAD — энергия кулоновского взаимоРис. 6. Энергетическая схема уровней дефектов в кристалле действия акцептора и донора, — диэлектрическая типа A (a) и в кристалле типа B (b). Показаны излучательные проницаемость матрицы, RAD — расстояние между переходы, соответствующие полосам ФЛ с hm, эВ: 1 — 1.17, акцептором и донором в решетке. В рассматривае2 — 2.05, 3 — 1.79, 4 — 2.65, 5 — 1.91, 6 — 0.971. Глубины мом случае EvA = 1.1эВ, EcD = 1.6эВ, Eg = 3.69 эВ залегания уровней собственных дефектов приняты (см. текст):

и hm = 1.17 эВ. Отсюда не трудно найти, что для для доноров — EcD = 0.28 эВ (Cdi), 0.64 эВ (VS), 0.9 эВ центров полосы 1.17 эВ 180 мэВ. К сожалению, нам (IS) [21], 1.6 эВ (GaCd) [4]; для акцепторов — EvA = 1.1эВ не удалось найти значение для тиогаллата кадмия, (VCd) [21], 0.14 эВ(Si), 1.5 эВ (CdGa).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние состава твердого раствора CdS и Ga2S3 на его свойства и дефектную структуру тронных переходов для кристаллов тиогаллата кадмия и 0.56 эВ. Уже необычайная для люминесценции шитипа A представлена на рис. 6, a. рокозонных дефектных полупроводников узость этой Если состав образцов отклоняется в сторону избытка полосы наводит на мысль о том, что эта люминесценция CdS (исследованные нами кристаллы B-типа), то пара- является внутрицентровой, т. е. к излучению приводит не метры элементарной ячейки, а потому и параметр, рекомбинация свободных неравновесных носителей тока не изменяются [20]. По мнению авторов [20], причина на дефектном центре полупроводника, а излучательный заключается в том, что сверхстехиометрические атомы переход возбужденного носителя с уровня более выкадмия занимают в решетке CdGa2S4 не пустые катион- сокоэнергетического состояния некоторого центра на ные узлы, а преимущественно межузельные положения его более низкий энергетический уровень. Такая люми(Cdi). Кроме того, в таких кристаллах возможно при- несценция наблюдается, например, в широкозонных посутствие других дефектов акцепторного типа, связанных лупроводниках, легированных переходными металлами со сверхстехиометрическим содержанием CdS — дру- (например, оранжевая полоса свечения в ZnS : Mn [31], гого антиструктурного дефекта решетки CdGa, а также полоса 1.62 мкм в ZnS : Cu и CdS : Cu [32] и др.). Люмежузельного атома серы Si. Кроме того, как и в случае минесценция в этих случаях обусловлена излучательныA-кристаллов, атомы газа — транспортера также могут ми переходами между состояниями G(2E) и E5/2(2T2) присутствовать и в B-кристаллах, скорее всего, как расщепленных в кристаллическом поле незаполненных обсуждалось выше, в виде IS. d-оболочек атомов переходных металлов. МультиплетТаким образом, в B-кристаллах тиогаллата кадмия, ность расщепления определяется симметрией окружеполученных с избытком CdS, могут присутствовать ак- ния, а величина — силой кристаллического поля [33].

цепторы двух типов (Si и CdGa) и доноры двух типов (IS В [34] отмечается, что Cd относится к переходным меи Cdi), которые также скорее всего образуют комплексы таллам, завершая их второй ряд в Периодической таблимежду собой. Считаем, что полоса 2.65 эВ обусловлена це Менделеева. Конфигурация его внешних электронных комплексом (Si + IS), а полоса 1.91 эВ — комплек- оболочек 5s24d10. Отмечается также, что электроны на сом (CdGa + Cdi). Основаниями для такого заключения nd-оболочке имеют приблизительно ту же энергию, что являются следующие обстоятельства. Как отмечалось и электроны на (n + 1)s-оболочке. При образовании выше, глубина залегания донорного уровня IS составля- соединений Cd с халькогенами (S, Se, Te) переход обоих ет EcD 0.9 эВ. Тогда, согласно формуле (1), глубина (n + 1)s-электронов от атома Cd на p-орбитали атомов залегания акцепторного уровня Si без учета энергии халькогенида должен был бы привести к образованию кулоновского взаимодействия составит EvA 0.14 эВ. ионов с заполненными внешними оболочками, т. е. к Следует отметить, что в случае аналогичного центра в чисто ионной связи. Однако имеются многочисленные CdS EvA 0.12 эВ [22,27], что близко к значению, полу- данные [35], указывающие на значительную долю коченному в настоящей работе. Заметим, что в тведых рас- валентной связи в этих соединениях, т. е. на то, что творах AIICIV при замещении катиона (типа ZnxCd1-xS) в образовании химической связи между кадмием и глубина уровня такого дефекта, как и в случае VCd, не халькогеном значительную роль играет смешивание их изменяется с составом [23]. более глубоких электронных состояний. В [36] привеЧто касается структурного дефекта CdGa — акцеп- дены теоретические, а в [37] — экспериментальные дотора, то в работе [28] с ним связывают максимум казательства участия d-электронов кадмия в химических ФП при h = 3.17 эВ. Мы не наблюдали полосы ФЛ связях в CdTe и CdS, которое проявляется, в частности, в с близкой к этому значению (с учетом стоксовского их люминесцентных свойствах: когда в этих соединениях сдвига) энергией максимума излучения и считаем, что имеются межузельные атомы с большим сродством к с этим дефектом в комплексе с донором Cdi связана электрону (халькоген, I и др.), наблюдается внутриполоса 1.91 эВ (рис. 2, b и 6, b). Уровень изолированного центровая люминесценция с энергией кванта излучения дефекта CdGa, по-видимому, располагается вблизи сере- hm 1 эВ, которая относится к электронным переходам дины запрещенной зоны. Пусть, например, EvA = 1.5эВ. между термами расщепленной d-оболочки кадмия.

Тогда в соответствии с (1) EcD- 0.28 эВ, т. е. глубина В исследованных в настоящей работе кристаллах залегания донора Cdi EcD > 0.28 эВ. Отметим, что в CdS тиогаллата кадмия типа B, обогащенных CdS, осущезначение EcD для аналогичного дефекта, как и в случае ствляются условия для расщепления d-оболочки иона VS, значительно меньше [29]. Увеличение глубины зале- кадмия, находящегося в галлиевом узле, CdGa благодаря гания донорных уровней прилипания в тройных твердых присутствию межузельных атомов серы, которые, как растворах замещения катиона на основе CdS является указывалось выше, обладают большим сродством к элеких отличительной особенностью [30]. трону.

Наконец, самым интересным, на наш взгляд, результа- Подтверждением внутрицентрового характера полотом работы является наблюдение впервые в тиогаллате сы 0.971 эВ является также линейная зависимость ее кадмия чрезвычайно узкой и наиболее интенсивной интенсивности от интенсивности возбуждения при темв кристаллах типа B полосы 0.971 эВ. Как отмечалось пературе из области ее термического тушения. В этом выше, она испытывает температурное тушение при тем- случае [38] тушение люминесценции происходит блапературах выше 300 K с энергиями активации Ea 0.12 годаря процессам туннелирования возбужденного элекФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 824 Е.Ф. Венгер, И.Б. Ермолович, В.В. Миленин, В.П. Папуша трона, а также перехода через точку пересечения адиа- [11] В.Ф. Житарь, В.С. Дону, М.И. Вальковская, И.М. Маркус.

В сб.: Физика и химия сложных полупроводников (Кибатических потенциалов (точка A на рис. 3, вставшинев, Штиинца, 1975) с. 50.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.