WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

клону линейного участка зависимости I(T ), изображенЭлектрофизические характеристики исследуемых криной в координатах ln(I) от 1/T. Температурное тушение сталлов приведены в таблице. Как видно, увеличение люминесценции в области = 560 нм представляет концентрации индия от 2.8 · 1017 до 2.8 · 1018 см-3 в собой кривую с двумя линейными участками. В области кристаллах ZnSe : In приводит к некоторому росту их низких температур наблюдалось слабое тушение люмиудельного сопротивления. Это обусловлено уменьшенинесценции с энергией активации 0.018 эВ. Энергия акем концентрации (n) и подвижности (µ) электронов.

тивации, определенная в высокотемпературной области, Полученные результаты свидетельствуют о том, что в составляет 0.17 эВ. Процесс температурного тушения процессе выращивания кристаллов ZnSe : In происходит красной люминесценции также характеризуется двумя формирование как донорных центров In+, так и комZn энергиями активации — 0.018 и 0.55 эВ. Температурные пенсирующих проводимость акцепторных дефектов — зависимости интенсивности люминесценции с двумя ливакансий цинка. Это подтверждается высоким значенейными участками тушения объясняются в рамках монием коэффициента компенсации кристаллов ZnSe : In дели излучательной рекомбинации, осуществляющейся (K 1 - n/[In] 0.99).

на донорно-акцепторных парах. В этом случае энергия В кристаллах ZnSe : In, отожженных в цинке, конценизлучаемого кванта определяется уравнением трация индия остается неизменной. Удельное сопротиeвление таких кристаллов снижается до 0.2-10 Ом · см h = Eg - ED - EA +, (2) R (см. таблицу). Это обусловлено главным образом ростом концентрации свободных электронов. Увеличение где ED, EA — энергии активации донора и акцептора, концентрации электронов в кристаллах ZnSe : In + Zn R — расстояние между донором и акцептором. Энергия является результатом экстракции вакансий катионов из активации, определенная в низкотемпературной области, равна энергии активации водородоподобных доноров ин- кристаллов в процессе их отжига в расплаве цинка.

дия. Энергия активации, определенная в высокотемпера- Эффективность такой экстракции обусловлена высоким коэффициентом диффузии вакансий цинка в ZnSe (его турной области, согласно уравнению (2), равна разности величина оценивается как 10-6 см2/с при 1120 K [9]).

EA - e2/R.

Кроме того, экстракция вакансий цинка приводит к Результаты исследований, представленные в [14], определяют желто-зеленое излучение ZnSe : In как снижению коэффициента компенсации в кристаллах обусловленное нейтральными ассоциативными центра- ZnSe : In + Zn. В частности, K 0.70 в кристаллах, ми (VZnInZn), в состав которых входят однозарядные содержащих 1017 см-3 индия.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 924 Ю.Ф. Ваксман, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов, П.В. Шапкин Исследования температурной зависимости эдс Холла осуществлялись на низкоомных кристаллах ZnSe : In + Zn ( = 0.28 Ом · см). Из полученных значений эдс Холла рассчитывались температурные зависимости концентрации и холловской подвижности электронов. Для исследуемых кристаллов ZnSe : In + Zn с частично компенсированной электронной проводимостью условие электронейтральности имеет вид n + nD = ND - NA, (3) где n, nD — концентрация электронов в зоне проводимости и на донорах соответственно; ND, NA — концентрации доноров и акцепторов соответственно. При составлении уравнения (3) учтено, что в исследуемом Рис. 4. Температурная зависимость концентрации электронов, интервале температур уровень Ферми находится выше рассчитанная из уравнения (5), (сплошная линия) и экспериакцепторных уровней, т. е. все акцепторные состояния заментальные данные (точки).

полнены электронами. Согласно [15], решение уравнения электронейтральности для невырожденного полупроводника можно представить следующим образом:

n(n + NA) 1 ED = Nc exp -, (4) ND - NA - n g kT где g — фактор вырождения, равный 2; Nc — эффективная плотность состояний в зоне проводимости.

В уравнении (4) величины NA, ND, ED являются неизвестными. Для их определения решалась система уравнений (4) для трех значений переменных T и n, которые выбирались из температурной зависимости n(T ). Решение системы уравнений проводилось в среде Mathcad с помощью стандартной функции Find. Результаты расчета приводят к следующим значениям искомых величин: ND = 2.8 · 1017 см-3, NA = 1.5 · 1017 см-3, ED = 8 мэВ в кристаллах, содержащих 3 · 1017 см-3 индия. Уменьшение энергии активации доноров ED до 8 мэВ объясняется уменьшением ширины запрещенной зоны полупроводника и количественно подтверждается уравнением (1). Коэффициент комРис. 5. Температурные зависимости положения уровня Ферми пенсации (K = NA/ND) этих кристаллов оказывается в ZnSe : In + Zn (1) и величины kT (2).

существенно ниже (K = 0.54), чем до отжига в цинке. Исходя из рассчитанных значений NA, ND, ED рассчитывали температурную зависимость n(T):

проводимости (Ec = 0), получим 2(ND - NA) 2(ND - NA)/Nc n(T) =, F(T ) =kT ln A B 1/1/2NA f (T ) 8(ND - NA) f (T ) 2NA 2 8(ND - NA) A = 1 + 1 + + B = 1 + 1 + + Nc Nc Nc f (T ) Nc f (T ) 2NA f (T ) 2NA +, (5) +. (6) Nc Nc f (T ) где f (T ) = exp(-ED/kT ). Как видно из рис. 4, Температурная зависимость уровня Ферми, рассчитанрассчитанная зависимость n(T) хорошо описывает ная согласно (6) для кристаллов с [In] =3 · 1017 см-3, экспериментальную. показана на рис. 5. Уровень Ферми пересекает доС учетом соотношения n/Nc = exp[(F - Ec)/kT ], норные уровни при 90 K. При температурах ниже 70 K где F — энергия уровня Ферми относительно дна зоны |F - Ec| < kT (рис. 5, точка пересечения кривых 1 и 2), Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Собственные и примесные дефекты в монокристаллах ZnSe : In, полученных методом... что означает вырожденное состояние полупроводника. можно говорить о тенденции снижения величины µH в Близкое расположение уровня Ферми (6мэВ) и уровня кристаллах ZnSe : In + Zn по мере увеличения концентрадоноров (8мэВ) при 77 K подтверждает возможность ции индия (см. таблицу). Этот результат также может осуществления оптических переходов электронов из ва- быть объяснен с учетом образования макродефектов лентной зоны на уровни ионизированных доноров In+. индия.

Zn В результате проведенных расчетов установлено, что экспериментально полученная зависимость µH(T ) удо6. Подвижность электронов влетворительно описывается с учетом двух механизв низкоомных кристаллах мов рассеяния электронов: рассеяния на продольных оптических фононах (LO-фононах) и макродефектах, Для выяснения механизмов рассеяния электронов, образованных примесью индия. В этом случае величина определяющих их подвижность в кристаллах подвижности рассчитывалась по аддитивному закону ZnSe : In + Zn, использовались данные измерений эдс -1 -Холла в области температур 120-400 K. Температурная µ-1 = µLO + µs, (7) зависимость холловской подвижности µH(T ) в исследуемом интервале температур не имеет экстремумов где µLO, µs — подвижность электронов, ограниченная (рис. 6). Для анализа µH(T ) рассмотрены механизмы рассеянием на LO-фононах и макродефектах соответрассеяния на оптических фононах, ионизированных ственно. Отсутствие заметного влияния на подвижность и нейтральных примесях. Однако расчетная величина электронов процессов рассеяния на ионах примесей в подвижности электронов оказывалась в несколько раз исследуемом интервале температур позволяет принять выше значений µH. Вместе с тем было обращено фактор Холла равным 1 и, следовательно, сравнивать вевнимание на то, что после отжига в расплаве цинка личины холловской (µH) и дрейфовой (µ) подвижности кристаллы с [In] > 1017 см-3 приобретали серый электронов.

оттенок. По результатам наблюдения этих кристаллов Подвижность электронов, ограниченная процессами под оптическим микроскопом установлено образование рассеяния на оптических фононах, согласно [9], описымакродефектов размером 1-10 мкм. Очевидно, в вается соотношением процессе отжига кристаллов в расплаве цинка при 4e m 3/n 1170 K происходит уменьшение растворимости индия в µLO = G(0)(e0 - 1), (8) 3 0m 0 mp кристаллах. Вследствие этого часть точечных дефектов n индия образует макродефекты (кластеры). Уменьшение где — постоянная электрон-фононного взаимодейконцентрации оптически активных центров индия ствия; 0 — частота LO-фонона; m — эффективная n In+ отмечалось ранее при рассмотрении спектров Zn масса электрона; mp — масса полярона; 0 = 0/kT ;

поглощения кристаллов ZnSe : In + Zn (рис. 1).

(m/mp)3/2G(0) — функция, рассчитанная в [9] для n Следует учесть, что относительная погрешность опреZnSe, изменяющаяся от 1.1 до 1.3 в исследуемом инделения величины µH составляет 30%. С учетом этого тервале температур. С учетом численных значений этих величин для кристаллов ZnSe соотношение (8) примет вид µLO = 12.9 T [exp(364/T ) - 1]. (9) Величина подвижности µLO в уравнении (9) имеет размерность см2/В · с.

Подвижность носителей тока, ограниченная рассеянием на макродефектах индия, рассчитывалась из соотношения [14] µs = e[NS(2mkT )3/2]-1, (10) n где N, S — концентрация и эффективная площадь сечения рассеяния макродефектов. Величина произведения NS, при которой рассчитанная с учетом уравнений (7), (9), (10) функция µ(T ) и полученная экспериментально зависимость µH(T ) совпадают (рис. 6), составляла 1.1 · 108 см-1.

Анализ влияния различных механизмов рассеяния электронов указывает на то, что характер температурной зависимости µH(T ) определяется взаимодействием Рис. 6. Температурная зависимость подвижности электронов электронов с LO-фононами. В то же время учет расв ZnSe : In + Zn, рассчитанная из уравнений (7), (9), (10), (сплошная линия) и экспериментальные данные µH (точки). сеяния электронов на макродефектах индия позволяет Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 926 Ю.Ф. Ваксман, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов, П.В. Шапкин объяснить относительно низкую величину их подвижно- Список литературы сти в исследуемых кристаллах. Для сравнения отметим, [1] А.Н. Георгобиани, М.Б. Котляревский. Изв. АН СССР. Сер.

что при 300 K подвижность электронов в кристаллах физ., 49, 1916 (1985).

ZnSe : In и ZnSe : In + Zn составляет соответственно [2] Е.В. Марков, А.А. Давыдов, Изв. АН СССР. Неорг. матер., и 210 см2/В · с.

7 (4), 575 (1971).

[3] Е.В. Марков, А.А. Давыдов. Изв. АН СССР. Неорг. матер., 2 (10), 1755 (1975).

7. Заключение [4] Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin.

J. Cryst. Growth, 159, 181 (1996).

Представленные в работе результаты исследования [5] Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin.

оптических, люминесцентных и электрофизических хаJ. Cryst. Growth, 161, 51 (1996).

рактеристик монокристаллов ZnSe : In, полученных ме[6] Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin.

тодом свободного роста, позволяют сделать следующие J. Cryst. Growth, 197, 449 (1999).

выводы. [7] J.C. Bouley, P. Blanconnier, A. Herman. J. Appl. Phys., 46 (8), 3549 (1975).

1) Присутствие экситонных линий поглощения [8] Р. Балтрамеюнас, Ю. Вайткус, В. Нюнка. Литовский физии люминесценции в чистых и слабо легированных ческий сборник (Вильнюс, Изд-во Лит. ун-та), 21, (8), ([In] < 1016 см-3) кристаллах свидетельствует об их (1979).

структурном совершенстве и низком содержании соб[9] Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич. Электрические и люственных и примесных дефектов. Краевое излучение на минесцентные свойства селенида цинка (Кишинев, DAP, а также длинноволновая люминесценция в области Штиинца, 1980).

= 490 нм указывают на присутствие в кристаллах не[10] Ю.И. Уханов. Оптические свойства полупроводников контролируемых примесей лития (натрия) и кислорода.

(М., Наука, 1977).

2) Легирование кристаллов индием приводит к обра- [11] Г.Н. Иванова, Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич, К.Д. Сушзованию донорных центров In+. Эти центры проявля- кевич. ФТП, 14 (1), 31 (1980).

Zn [12] Ю.Ф. Ваксман. ФТП, 29 (2), 346 (1995).

ются в примесном поглощении ZnSe : In (d-область), [13] V.V. Serdyuk, N.N. Korneva, Yu.F. Vaksman. Phys. St. Sol. (a), выполняют функции электрически активных доноров и 91, 173 (1985).

входят в состав ассоциативных дефектов, ответственных [14] Ю.Ф. Ваксман, А.Н. Краснов. Фотоэлектроника (Одесса, за длинноволновую фотолюминесценцию.

Изд-во Одес. ун-та), №6, 8 (1997).

3) В процессе выращивания кристаллов ZnSe : In про[15] В.Л. Бонч-Бруевич, С.Г. Калашников. Физика полупроводисходит формирование собственных дефектов — ваников (М., Наука, 1977).

кансий катионов. Существование нейтральных вакансий Редактор Л.В. Шаронова цинка обнаружено по спектру экситонной люминесценции (линия излучения при 2.771 эВ). Заряженные вакансии цинка присутствуют в составе ассоциативных Native and impurity defects in ZnSe : In центров (VZnInZn), (VZnInZn)-, ответственных за комsingle crystals obtained by a free growth пенсацию проводимости и длинноволновую фотолюмиmethod несценцию.

Yu.F. Vaksman, Yu.A. Nitsuk, Yu.N. Purtov, 4) Присутствие примеси индия в концентрации выше P.V. Shapkin 1017 см-3 приводит к заметному уменьшению ширины запрещенной зоны полупроводника и соответствующему Odessa National University, уменьшению энергии активации доноров. При концен65026 Odessa, Ukraine трации индия 2.8 · 1017 см-3 величина Eg составляет P.N. Lebedev Physical Institute, 22 мэВ, а энергия активации донорных центров индия Russian Academy of Sciences, уменьшается от 22 до 8 мэВ.

117924 Moscow, Russia 5) Отжиг кристаллов ZnSe : In в расплаве цинка приводит к уменьшению концентрации катионных вакансий, что обусловливает раскомпенсацию проводимости кристаллов ZnSe : In + Zn и повышение их электропроводности. При температурах ниже 70 K кристаллы ZnSe : In + Zn с концентрацией индия выше 1017 см-становятся вырожденными.

6) Подвижность электронов в высокопроводящих кристаллах ZnSe : In : Zn ограничена процессами их рассеяния на LO-фононах и макродефектах индия. Макродефекты образуются в результате уменьшения растворимости индия в кристаллах ZnSe : In в процессе их отжига в расплаве цинка.

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.