WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Акцепторы в Cd1-xMnxTe (x < 0.1) © А.И. Власенко, В.Н. Бабенцов, З.К. Власенко, С.В. Свечников, И.М. Раренко, З.И. Захарук, Е.С. Никонюк, В.Л. Шляховый Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина Черновицкий государственный университет, Черновцы, Украина (Получена 7 августа 1996 г. Принята к печати 25 октября 1996 г. ) Экспериментально выявлены и исследованы электрическими и люминесцентными методами акцепторные дефекты, контролирующие проводимость и рекомбинацию в Cd1-xMnxTe (0 x 0.1). Определены их энергетические уровни и их зависимости от состава. Обсуждается физико-химическая природа этих дефектов.

Интерес к изучению полумагнитных полупроводнико- ходило движение фронта кристаллизации относительно вых материалов Cd1-xMnxTe обусловлен рядом факто- расплава. Это способствовало перемешиванию расплава ров. Ряд их параметров, в первую очередь такие как ши- и выравниванию его состава и температуры во врерина запрещенной зоны, показатель преломления, коэф- мя выращивания по всему объему, что не достигаетфициент поглощения и другие, зависят от концентрации ся при вертикальном расположении контейнера. При марганца и могут изменяться под действием магнитного легировании CdTe сверхстехиометрическим Mn и при поля [1,2]. Возможность получения высокосовершенных получении разбавленных твердых растворов Cd1-xMnxTe деградационно-устойчивых пластин большого диаметра (0 x 0.02) Mn вводился в исходные навески в делает их перспективными для создания оптических виде легатуры на основе Cd с учетом необходимого устройств управления мощным лазерным излучением, количества Cd в конечной навеске (что приводило к фотопреобразователей и других элементов интегральной увеличению концентрации внедренного Mn).

опто- и микроэлектроники, использования в качестве Измерения постоянной Холла (RH), удельной провоподложек для эпитаксиального наращивания варизонных димости () проводились по стандартным методикам слоев CdyMnxHg1-x-yTe [3], для изготовления кванто- на образцах прямоугольной формы в температурном вых структур, эффективно локализующих носители заря- диапазоне 77–300 K. Спектры ФЛ измерялись на сведа [4], и др. Это определяет актуальность исследований жих сколах образца при возбуждени He–Ne-лазером энергетической структуры собственных и примесных де- ( = 632.8нм) мощностью 15 мВт при T = 77 K;

фектов в этом материале, процессов их взаимодействия в качестве приемника излучения применялся ФЭУ-62.

и эволюции. Контроль структурного совершенства кристаллов проИзвестно, что в монокристаллах состава x < 0.4 водился рентгенотопографическими методами Берг– ширина запрещенной зоны Eg < 2 эВ и спектр фотолю- Баррета и Ланга, микроанализ состава — электронным минесценции (ФЛ) кристаллов оказывается качественно микроскопом-микроанализатором РЭМ-101 М.

подобным спектру ФЛ p-CdTe при том отличии, что полосы ФЛ в нем сильно уширены из-за флуктуаций Экспериментальные результаты и их состава и наличия структурных дефектов [3,5,6]. В обсуждение кристаллах с 0.4 < x < 0.7 в ФЛ доминирует полоса в области энергий квантов 2 эВ, связанная с внутриПри концентрации Mn в расплаве (NMn) до центровыми переходами в ионах Mn2+ [2].

1019 см-3 получали n-СdTe с концентрацией электронов Сведения о влиянии марганца на проводимость CdTe n 1015 см-3. Увеличение NMn выше 1019 см-и об энергетическом положении акцепторных уровней в приводило к изменению типа проводимости материала Cd1-xMnxTe в литературе практически отсутствуют.

в p-тип с концентрацией дырок p 1015 см-3 (рис. 1).

Данная работа посвящена исследованию влияния приАналогичное изменение типа проводимости n p меси Mn на проводимость CdTe, определению энергеможно получить отжигом нелегированного n-CdTe в ватических уровней и природы акцепторных состояний в куумированной ампуле за счет редиффузии Cd из объема Cd1-xMnxTe (x < 0.1).

и образования вакансий кадмия, которые заполняются атомами I группы, образующими в узлах кадмия одноПриготовление образцов, методика зарядные акцепторы [7]. При легировании марганцем из расплава дополнительных вакансий кадмия не обраэксперимента зуется и изменение типа проводимости n p может Объемные монокристаллы CdTe : Mn, как и твердые происходить за счет диффузии из объема кристалла растворы Cd1-xMnxTe (0.01 x 0.1), выращива- атомов I группы, находящихся в междоузлиях, их выхода лись модифицированным методом Бриджмена в накло- в легирующий раствор или на стоки и уменьшения за ненных к горизонту вращающихся ампулах, где проис- счет этого концентрации остаточных доноров.

1018 А.И. Власенко, В.Н. Бабенцов, З.К. Власенко, С.В. Свечников, И.М. Раренко, З.И. Захарук...

отжиге наблюдали на границах структурных дефектов выделения, обогащенные Mn (x 0.5). В пользу этой гипотезы могли бы свидетельствовать данные о температурных зависимостях холловской подвижности µH в кристаллах CdTe : Mn после отжига в расплаве с различной концентрацией NMn (рис. 2), которые для значений NMn > 1018 см-3 представляют набор практически параллельно смещенных кривых, что может свидетельствовать об образовании в кристалле локальных неоднородностей [9]. В кристаллах CdTe : Mn, как и в CdHgTe, такие неоднородности могут возникать за счет образования перекомпенсированных областей, выделений второй фазы и др. [10]. Рентгеновским микроанализом нам не удалось обнаружить такие области, что в Рис. 1. Зависимость концентрации носителей в CdTe : Mn от принципе не исключает мелкодисперсной преципитации концентрации марганца NMn в расплаве (T 300 K).

Mn (со средним размерами преципитатов 1мкм, не обнаруживаемых локальным зондированием электронным пучком диаметром 2-3мкм).

Не исключено, что при легировании кристаллов в концентрации NMn > 1019 см-3 и уменьшении расстояния между отдельными атомами Mn образуются сложные ассоциаты акцепторного типа, включющие атомы Mn, неконтролируемой примеси и собственные точечные дефекты. Не исключено также и то, что изменение типа проводимости обусловлено возрастающим компенсирующим действием некотролируемых примесей, присущих исходному Mn, при увеличении содержания Mn в легирующем растворе. В то же время могут доминировать и другие процессы.

В спектре ФЛ при 77 K большинства образцов Cd1-xMnxTe при x < 0.02 наблюдаются три полосы излучения (рис. 3). Выcокоэнергетическая полоса (FE) обусловлена излучательным распадом экситонов. Изменение ее положения с точностью до энергии связи экситона Рис. 2. Температурные зависимости холловской подвижно- ( 10 мэВ в CdTe) характеризует увеличение с ростом x сти µH для кристаллов CdTe : Mn с концентрацией Mn в ширины запрещенной зоны в Cd1-xMnxTe относительно расплаве: 1 — NMn 1017 см-3, n0 300 K 4 · 1014 см-3;

= = 2 — NMn 1018 см-3, n0 300 K 1.8 · 1014 см-3;

= = 3 — NMn 5 · 1018 см-3, n0 300 K 7.2 · 1014 см-3.

= = Хотя по данным [8] в CdTe : Mn при концентрации примеси марганца NMn 5 · 1019 см-3 превалирует механизм одиночного внедрения атомов, не исключено, что при концентрациях NMn > 1019 см-3 образуются области, обогащенные Mn, или выделяются его микропреципитаты, которые могут играть роль геттеров или стоков для неконтролируемой фоновой донорной примеси, находящейся в междоузлиях. Тогда в процессе охлаждения n-CdTe : Mn до комнатной температуры происходит уменьшение концентрации доноров в объеме и перекомпенсация CdTe : Mn в p-тип, подобно тому, что наблюдалось в [5] в процессе хранения n-CdTe, полученного отжигом в парах Cd. Следует отметить, Рис. 3. Спектры ФЛ при 77 K монокристаллов CdTe : Mn (1) что авторы [6] в твердых растворах CdMnTe (x 0.2) и Cd1-xMnxTe (2–5) различных составов x, %: 2 —2, 3 —6, при исследовании процессов сублимации кристаллов при 4 —8, 5 — 10.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Акцепторы в Cd1-xMnxTe (x < 0.1) EA3 = 0.215(1 + 1.1x) эВ. В CdTe полоса ФЛ с энергией около 200 мэВ наблюдается, как правило, в кристаллах с низкой степенью структурного совершенства.

Положим, что в Cd1-xMnxTe, как и в Hg1-xCdxTe [12], изменение Eg происходит в основном за счет изменения энергетического положения дна зоны проводимости. В этом случае отсутствие изменения EA1 и EA(при x 0.05) с ростом x можно объяснить тем, что правило общего аниона распространяется и на акцепторы, являющиеся дефектами катионной подрешетки (VCd, MnCd и пр.), ближайшее окружение которых (четыре атома теллура) не зависит от состава твердого раствора. В p-CdTe акцептором с энергией ионизации 50 мэВ является LiCd [13], который, по-видимому, сохраняется и в Cd1-xMnxTe. По данным [14], энергетическое положение уровня Mn в CdTe, отщепленного от Рис. 4. Температурные зависимости коэффициента Холла мовалентной зоны, оценивается значением 36 мэВ. Таким нокристаллов Cd1-xMnxTe различных составов x, %: 1 — 10, 2 —6, 3 —4, 4 —2 (соответственно образцам, в спектре ФЛ образом, изменение EA1 от 32 до 50 мэВ с ростом x которых наблюдаются три полосы), 5 — 10, 6 —2 (ФЛ в этих (0 x 0.05), как и установление природы EA1, требует образцах очень слабая).

дальнейших исследований.

В структурно-совершенном p-CdTe отсутствует акцептор с EA3 215 мэВ, поэтому, возможно, в Cd1-xMnxTe таким акцептором является комплекс, состоящий из ее величины в CdTe. Наилучшее совпадение эксперименатомов I группы в подрешетке кадмия (CuCd, AgCd) и тальных данных с расчетом дает зависимость Eg(x), апрасположенных рядом атомов Mn.

проксимированная выражением Eg = 1.58(1 + 0.92x) эВ.

Что касается акцептора A2, глубина залегания коБолее длинноволновая полоса (A1) обусловлена, как и в торого EA2 в пределах 0 < x < 0.1 изменяется нелегированном p-CdTe, излучательной рекомбинацией довольно сильно ( 60 мэВ), то известно, что в CdTe электрона из зоны проводимости с дыркой, захваченной ему соответствует донорно-акцепторный комплекс [15].

мелким акцепторным уровнем A1. При 0 < x < 0.точность определения глубины залегания уровня в запре- В Cd1-xMnxTe с ростом x величина EA2, как и Eg, увеличивается (последняя за счет изменения энергии дна щенной зоне EA1 ограничивается точностью определения зоны проводимости). Таким образом, рост энергии EAположения полос излучения и поглощения свободного в твердом растворе возможен при увеличении x в том экситона, которая вследствие уширения полос в твердом растворе составляет величину 5–6 мэВ [1,11]. Най- случае, если акцептор включает в себя дефект катионной подрешетки и близко расположенный мелкий донорный денная из спектра ФЛ величина EA1 при x < 0.дефект, энергетический уровень которого определяется зависит от состава (аппроксимация дает выражение состояниями зоны проводимости.

EA1 0.032(1 + 8x) эВ) и выходит на насыщение — EA1 50 мэВ при x > 0.05. В заключение следует также отметить, что исследоПолоса излучения A2, обусловленная переходом элек- вание кристаллов Cd1-xMnxTe (0.01 x 0.1) ренттрона из зоны проводимости на акцептор с энерги- генотопографическими методами Берг–Баррета и Ланга ей термической ионизации EA2, отчетливо наблюдалась показало значительное улучшение структурных и мехатолько на образцах CdTe : Mn и Cd1-xMnxTe x < 0.02. нических характеристик этих кристаллов по сравнению Положение ее максимума отличается от Eg на энергию с кристаллами чистого CdTe.

EA2 120±5 мэВ, что практически совпадает со значением EA2, определенным по температурной зависимости коЗаключение эффициента Холла RH(T )-EA2 0.125 эВ при x 0.(рис. 4). Зависимость EA2(x) в этой области составов x аппроксимируется выражением EA2 0.125(1 + 5x) эВ. Обнаружено изменение типа проводимости n p в CdTe : Mn при легировании из раствора с конНа некоторых образцах Cd1-xMnxTe наблюдался спектр ФЛ, в котором присутствовала только очень центрациями легирующей примеси NMn 1019 см-3.

слабая полоса FE с интенсивностью, на порядок мень- В Cd1-xMnxTe (x < 0.1) определена зависимость шишей, чем в типичном спектре ФЛ. На этих образцах рины запрещенной зоны от состава; обнаружены и опрезависимость коэффициента Холла от температуры дает делены энергии уровней акцепторных дефектов, привезначение энергии ионизации акцептора A3 (EA3 = 215 дены приближенные выражения для их зависимосетй от мэВ для x = 0.02) (рис. 4). Изменение величины EA3 состава, обсуждается физико-химическая природа этих от состава в этой области x описывается выражением дефектов.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1020 А.И. Власенко, В.Н. Бабенцов, З.К. Власенко, С.В. Свечников, И.М. Раренко, З.И. Захарук...

Список литературы [1] K.Y. Lay, H. Neff, R.J. Bachmann. Phys. St. Sol. (a), 92, (1985).

[2] П.Н. Букивский, Ю.П. Гнатенко, А.Х. Рожко. Письма ЖЭТФ, 61, 380 (1995).

[3] W.M. Higgins, G.N. Pultz, R.G. Roy, R.G. Lancaster. J. Vac.

Sci. Technol. A, 7, 271 (1989).

[4] Б.П. Захарченя, А.В. Кудинов, Ю.Г. Кусраев. Письма ЖЭТФ, 63, 241 (1996).

[5] В.Н. Бабенцов, А.И. Власенко, Н.И. Тарбаев. ФТП, 29, (1995).

[6] А.В. Савицкий, Н.И. Илащук, О.А. Парфенюк, К.С. Ульяницкий. Тез. докл. II Укр. конф. ”Материаловедение и физика полупровод. фаз переменного состава” (Нежин, 21–24 сентября 1993) с. 192.

[7] В.Н. Бабенцов, Л.В. Рашковецкий, Е.А. Сальков, Н.И. Тарабаев. ФТП, 26, 1088 (1992).

[8] П.И. Бабий, Н.П. Гавалешко, Ю.П. Гнатенко и др. Препринт № 3 ИФ АН УССР (Киев, 1983).

[9] М.В. Алексеенко, Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев. ФТП, 4, 414 (1970).

[10] А.И. Власенко, А.В. Любченко, Е.А. Сальков. УФЖ, 25, 1317 (1980).

[11] В.Ф. Агекян, А.Ю. Серов, Ю.А. Степанов, Ле Тхай Лай.

ФТТ, 37, 1090 (1995).

[12] S.P. Kovalczyk, J.T. Cheung, E.A. Kraut, R.W. Grant. Phys.

Rev. Lett., 56, 1605 (1986).

[13] E. Molva, J.R. Chamonal, J.L. Pautra, PSS B, 109, 635 (1982).

[14] В.И. Соколов. Неорг. матер., 31, 1310 (1995).

[15] Н.В. Агринская. Е.Н. Аркадьева, О.А. Матвеев. ФТП, 5, 869 (1971).

Редактор В.В. Чалдышев Acceptors in Cd1-xMnxTe (x < 0.1) A.I. Vlasenko, V.N. Babentsov, Z.K. Vlasenko, S.V. Svechnikov, I.M. Rarenko, Z.I. Zakharuk, E.S. Nikoniuk, V.L. Shliakhovyi Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of the Ukraine Chernivtsy State University, Chernivtsy, The Ukraine

Abstract

Experimentally have been revealed and studied by electrical and luminescence methods acceptor defects which control conductivity and recombination in Cd1-xMnxTe (0 x 0.1).

Their energy level positions in the band-gap and their dependence on the composition are determined. The physicochemical nature of these defects is being discussed.




© 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.