WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 9 Микрофотолюминесценция нелегированного монокристаллического теллурида цинка, полученного неравновесными парофазными методами ¶ © В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, Отделение физики твердого тела, 119991 Москва, Россия (Получена 22 ноября 2004 г. Принята к печати 6 декабря 2004 г.) Методами микрофотолюминесцентного спектрального анализа и картирования исследованы свойства кристаллов нелегированного объемного ZnTe, полученного в неравновесных условиях кристаллизации из паровой фазы с участием химических реакций. Несмотря на существенное увеличение скорости кристаллизации, в отношении набора и концентрации остаточных дефектов исследованные образцы не уступали качественным монокристаллам, полученным в квазиравновесных условиях из паровой фазы при значительно более высоких температурах. Вместе с тем отсутствие люминесцентного контраста на границах монокристаллических зерен и малая эффективность термоотжига указывают на то, что в полученных материалах доминирующие безызлучательные ростовые дефекты являются малоподвижными и термостабильными комплексами, образовавшимися в результате ассоциации стехиометрических дефектов и, возможно, фоновых примесей.

1. Введение синтез из глубоко очищенных исходных компонентов и последующую очистку соединения в условиях конгруМонокристаллический теллурид цинка — прямозон- энтной сублимации, движения пара в режиме газодинаное полупроводниковое соединение AIIBVI с шириной мических потоков и повышенной скорости конденсации запрещенной зоны 2.3 эВ — является привлекатель- при низкой температуре. В данной работе различные ным объектом для физических исследований и техно- варианты неравновесных условий кристаллизации из логических разработок в области светоизлучающих и паровой фазы с участием химических реакций использоэлектрооптических устройств видимого диапазона. Од- ваны для получения нелегированного объемного ZnTe.

нако при квазиравновесных условиях роста этих кри- Свойства полученного материала исследованы методасталлов далеко не всегда обеспечивается прямая зави- ми низкотемпературного микролюминесцентного спексимость их физических свойств от состава, поскольку трального анализа и картирования, сочетающих высокую вследствие ретроградного характера линии солидус на чувствительность к содержанию в кристаллах примесей сечении T -x (температура–состав) фазовой диаграммы и дефектов и локальность измерений.

концентрация свободных носителей определяется трудно контролируемым взаимодействием стехиометрических 2. Приготовление образцов дефектов и легирующих (фоновых) примесей. Наприи методика эксперимента мер, известные проблемы с получением легированного материала n-типа проводимости приводят к тому, Приведем краткие характеристики разработанных что лучшими характеристиками до сих пор обладают неравновесных парофазных методов кристаллизации светоизлучающие устройства на основе МОП структур, объемного материала с повышенными скоростями осаа не p-n-переходов [1]. Нельзя также забывать, что ждения.

электрофизические и оптические свойства реальных 1) Метод вакуумной сублимации в температурном кристаллов формируются в „игре“ всех видов дефектов градиенте предварительно синтезированного бинарного термодинамического происхождения, как точечных, так соединения на сечении P-x (давление–состав) фазовой и протяженных (дислокации, границы раздела).

диаграммы с приведением его к составу точки миниАльтернативой является использование неравновесмального давления Pmin.

ных методов роста, позволяющих на основе изменения В режиме газодинамических потоков скорости конмеханизмов встраивания атомов матрицы и легируюденсации паровой среды при температурах 680-720C щих примесей в кристаллическую решетку избежать составляли 200–250 мкм/ч (с учетом коэффициента конограничений, накладываемых фазовыми диаграммами, и денсации). При осаждении в динамическом вакууме на трансформировать примесно-дефектную конфигурацию стенках кварцевого реактора был получен текстурив требуемую сторону для получения материала с заданрованный материал с размером монозерен до 1.5 мм ными свойствами.

и предпочтительным направлением роста [111]. По Ранее [2,3] нами были исследованы свойства объемных данным масс-спектрометрического анализа основными кристаллов CdTe, полученных в неравновесных парофоновыми примесями в этом материале (в пределах фазных процессах, включающих низкотемпературный обнаружительной способности) были O, C, Cu, Li в ¶ E-mail: ushakov@mail1.lebedev.ru концентрации 1015 см-3.

1030 В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков 2/3) Метод химического синтеза соединения с участи- Пространственное сканирование осуществлялось путем ем паров компонентов Zn и Te2, подаваемых в зону перемещния специального стола с криостатом в двух синтеза из отдельных ячеек, сопряженных с кристалли- взаимно перпендикулярных направлениях относительно затором. неподвижного возбуждающего лазерного луча по команПроцессы проводились в кварцевом реакторе квази- дам управляющего компьютера. Величина шага могла замкнутого типа в динамическом вакууме. Плотность по- варьироваться в зависимости от характера задачи и в данной работе составляла 35 мкм. В процессе люминестоков пара компонентов (пересыщение) и соотношение центного картирования данные измерений выводились паровых видов (нестехиометричность паровой среды в зоне синтеза) задавались нагревом ячеек с компонента- на дисплей с цветовой кодировкой интенсивности люмими при индивидуальном контроле их температуры (дав- несценции, при этом в „интересной“ точке можно было, сделав паузу, развернуть излучение образца в спектр.

ления паров). При величине пересыщения паров в зоне Полученные в данной работе спектры люминесценции кристаллизации 103-104 и относительно небольших приводятся далее с учетом спектральной чувствительноотклонениях паровой среды в сторону избытка Te (2) сти установки.

или Zn (3) на стенках кварцевого кристаллизатора при температурах 650-720C со скоростью до 3000 мкм/ч высаживался объемный поликристаллический конденсат, 3. Результаты и их обсуждение состоящий из граненых кристаллитов размером до 1 мм с преимущественной ориентацией {111}. Основными При анализе полученных в данной работе эксперидефектами структуры в монозернах, выявленными мементальных данных следует учитывать характерный для тодами травления и оптической микроскопии, были микролюминесцентных измерений высокий уровень воздвойники.

буждения, в данном случае 1021 квант/см2 · с, что боЛюминесцентные исследования проводились как на лее чем на порядок превосходит обычные интенсивности образцах с естественными поверхностями роста, так и при „макроскопических“ измерениях. Результатом этого на образцах, прошедших шлифовку и полировку пообычно является относительно большая (по сравнению верхности параллельно фронту кристаллизации и после с примесно-дефектными полосами) интенсивность линий удаления нарушенного слоя в растворе бромметаноэкситонного излучения в спектрах.

ла обработку селективным травителем (12.5N раствор Следствием высокого уровня возбуждения в данной NaOH, 80C).

работе являлся также фотохромизм свежепротравленПосле исследования исходных образцов они подверных образцов, выражавшийся в уменьшении интенсивгались отжигу в насыщенных парах цинка при 840C ности люминесценции под лучом возбуждающего лазера в течение 72 ч или в жидком цинке при 650C в (в (2–2.5) раза за 4–5мин). Поэтому во избежание течение 72 ч.

ошибок все приведенные в работе спектры люминесИзмерения выполнялись на микрофотолюминесцентценции были получены в стационарных условиях после ном сканере с возможностью спектрального анализа завершения фотостимулированных процессов формироизлучения в выбранных точках на поверхности обвания центров поверхностной безызлучательной рекомразцов и их люминесцентного картирования на забинации.

данной длине волны. Сочетание этих методов позвоСпектры низкотемпературной (гелиевые температуляет не только идентифицировать природу примесно- ры) макролюминесценции исследованных образцов тидефектных центров, но и устанавливать механизмы их пичны для излучения нелегированного монокристаллиформирования. Образцы монтировались на хладопро- ческого ZnTe (p-тип проводимости), где доминируют воде криостата, позволяющего вести измерения при линии экситонов, связанных на нейтральных акцептотемпературах T = 100-300 K. Для возбуждения люми- рах [4,5]. Интенсивность излучения в более длинноволнесценции использовался He–Cd-лазер (длина волны новых примесно-дефектных полосах была незначительизлучения 415.6 нм) с системой оптической фокуси- на, что свидетельствует о хорошем качестве исследоровки. Мощность возбуждения на поверхности образца ванного материала. Это подтверждается также наблюсоставляла 3.0 мВт при диаметре пятна 15 мкм (по дением люминесценции исследованных кристаллов при уровню 0.5 от максимального значения интенсивности комнатной температуре (краевая полоса при 2.27 эВ).

в пятне). Для уменьшения уровня возбуждения ис- Особенностью ZnTe как широкозонного полупроводпользовались оптические светофильтры. Спектральный ника являются относительно большие значения энергий анализ люминесценции проводился в области длин волн связи экситонов. Для свободного и связанного на мелком до 1 мкм, использовался дифракционный монохроматор нейтральном акцепторе экситонов эти величины составМДР-12 (1200 штр/мм) с обратной линейной дисперси- ляют 13 и 6–7 мэВ соответственно при энергии ионией 2.4 нм/мм, а регистрация осуществлялась охлажда- зации водородоподобного акцептора 62.5мэВ [6,7].

емым фотоумножителем ФЭУ-83 с синхронным детек- Относительно большие значения энергии связи приводят тированием сигнала. Положение возбуждающего пят- к тому, что экситонные переходы могут наблюдатьна на поверхности образца контролировалось визуаль- ся и при довольно высоких температурах, превышаюно с помощью оптической микроскопической системы. щих 100 K. Кроме того, близкая к квадратичной (против Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Микрофотолюминесценция нелегированного монокристаллического теллурида цинка, полученного... нения, обязана специальной очистке исходных компонентов. В то же время для этих образцов наблюдалась донорно-акцепторная полоса 1.68 эВ, связанная с фоновой примесью Cl в составе глубоких примеснодефектных центров (в том числе акцепторных A-центров VZnClTe) [16]. Наконец, в спектрах образцов, полученных в условиях избыточного присутствия Zn в паровой среде (кривая c), присутствовала не наблюдавшаяся ранее слабая полоса 1.43 эВ (870 нм), связанная, по-видимому, с центрами, содержащими вакансии Te.

Для сравнения на рис. 1 представлен также спектр нелегированного монокристаллического материала, выращенного в квазиравновесных условиях методом свободного роста из паровой фазы при температуре 1100C со скоростью 50 мкм/ч [17] (кривая d). Как видно, несмотря на значительно большие (на 2 по Рис. 1. Спектры микрофотолюминесценции исследованных рядка!) скорости структурообразования в разработанных материалов при T = 95 K. a, b, c — образцы, полученные неравновесных технологических методах, в отношении с использованием неравновесных парофазных методик 1, 2, 3;

набора и концентрации остаточных стехиометрических d — нелегированный монокристалл, выращенный в квазиравдефектов и фоновых примесей полученные материалы новесных условиях из паровой фазы [17].

не уступали качественным монокристаллам, полученным в квазиравновесных условиях из паровой фазы при значительно более высоких температурах.

Для изучения реакции примесно-дефектного ансамб(суб)линейной для переходов на локальные уровни [8]) ля кристаллов на термическое воздействие образцы зависимость их интенсивности от уровня возбуждения подвергались отжигу в условиях избыточного количеможет приводить к тому, что при сильном возбуждении ства атомов катионной компоненты. Подобный отжиг (импульсный лазер, электронный пучок и т. п.) эксисоединений AIIBVI (в паровой фазе или в жидком тонные линии и при высоких температурах будут пометалле) используется с целью устранения в кристалпрежнему доминировать в спектрах слабо легированлах катионных вакансий и их ассоциаций с фоновыных образцов над примесно-дефектными полосами (см.

ми примесями, образующих глубокие компенсирующие в [9,10]).

акцепторные центры. Очевидным следствием является На рис. 1 представлены спектры микролюминесуменьшение относительных концентрацией катионных ценции исследованных кристаллов при температуре T = 95 K. Как видно, спектры исследованных материа- примесей замещения и, напротив, увеличение относительных концентраций примесей, занимающих анионные лов имели близкий набор спектральных линий (с учетом узлы решетки [5,18]. Кроме того, этот отжиг приворазличного спектрального разрешения соответственно величине сигнала). В условиях эксперимента наиболь- дит к рассасыванию содержащихся в образцах вклюшую интенсивность имели линии из краевой обла- чений/преципитатов Te и экстрагирования (сегрегации) содержащихся в них примесей [19,20].

сти с энергиями 2.0–2.4 эВ. Наблюдавшиеся для них В данной работе отжиг образцов в насыщенных парах сверхлинейные зависимости интенсивности от уровня возбуждения с показателем степенной зависимости 1.9– цинка при 840C в течение 72 ч или в жидком цинке при 650C в течение 850 ч не привел к усилению их 1.4 (большие значения для линий с большей энергией) люминесценции (для образца, полученного по метосвидетельствуют об их экситонной природе [8]. С учетом дике 1, интенсивность даже несколько уменьшилась).

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.