WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 10 Две серии полос „дислокационной“ фотолюминесценции в кристаллах теллурида кадмия ¶ © Н.И. Тарбаев, Г.А. Шепельский Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева Национальной академии наук Украины, 01650 Киев, Украина (Получена 27 декабря 2005 г. Принята к печати 16 февраля 2006 г.) Генерация дислокаций в кристаллах CdTe вызывает появление в спектрах излучательной рекомбинации новых линий — „дислокационной“ фотолюминесценции. Получены спектральное распределение „дислокационных“ полос и профили пространственного распределения их интенсивности вблизи места индентирования на гранях (111) и (001). Из сопоставления профилей с кристаллографической структурой дислокаций идентифицированы типы дефектов, ответственных за две группы полос излучения. Первая группа (основной максимум при 841 нм) определяется электронными состояниями 60-градусных дислокаций с экстраполуплоскостями, обрамленными атомами теллура, — Te(g)-дислокаций. Линии излучения другой группы (максимум при 806 нм) связаны с упорядоченными структурами точечных дефектов, которые генерируются ступеньками на винтовых сегментах дислокационных полупетель с головными Cd(g)-дислокациями.

PACS: 78.55.Et, 61.72.Lk, 61.72.Ji 1. Введение число дислокаций и других дефектов деформационного происхождения. Они могут образовываться также Среди полупроводниковых соединений AIIBVI тел- и при функционировании самих полупроводниковых лурид кадмия занимает особое место, что связано с устройств, например во время процессов термоциклишироким применением материала в различных областях рования. Подобные дефекты могут оказывать заметное оптоэлектроники. Так, CdTe является базовым матери- влияние на характеристики приборов и на процессы их алом для подложек при производстве фотоприемников деградации.

инфракрасного излучения на основе эпитаксиальных Среди различных методов исследования процессов слоев CdxHg1-xTe. Кроме того, теллурид кадмия широко дефектообразования и идентификации типов дефектов применяется и как материал для электрооптических в полупроводниках важную роль играют методы фомодуляторов, детекторов ионизирующих излучений, оптолюминесценции (ФЛ) и катодолюминесценции (КЛ), тических переключателей, солнечных батарей, а также прежде всего благодаря их высокой чувствительности в качестве активного элемента интерферометрических и разрешающей способности. Они включают как спектдетекторных систем ультразвуковых волн.

ральный, так и пространственный анализ излучения криПри практическом примении CdTe к материалу сталлов. В нескольких работах [4–7] было показано, что предъявляются высокие требования относительно степегенерация дислокаций вызывает появление в спектрах ни однородности его структурных, оптических и элекрекомбинационного излучения CdTe характеристичетрических свойств. Значительное влияние на указанные ской полосы излучения — „дислокационной“ люминессвойства оказывают одномерные дефекты кристалличеценции (ДЛ). Максимум полосы ДЛ при температурах ской структуры — дислокации. Генерация в кристаллах T = 4.2-10 K находится при энергии 1.480 мэВ (длина CdTe дислокаций, а также образующихся при их движеволны 841 нм). Наиболее подробно „дислокационная“ нии точечных дефектов может оказывать существенное фотолюминесценция в CdTe была изучена в [4,5]. Соповлияние на физические параметры кристалла. Следует ставление кристаллографической структуры дислокаций подчеркнуть, что теллурид кадмия относится к трудно с данными измерений КЛ позволило сделать вывод, обрабатываемым и довольно пластичным материалам.

что характерная ДЛ в CdTe связана с электронными При комнатной температуре в результате даже незнасостояниями 60-градусных дислокаций, ограничивающих чительных механических воздействий дислокации могут экстраполуплоскости, которые обрамлены атомами телбыть легко введены в кристаллы CdTe. Более того, лура, — Te(g)-дислокаций.

согласно [1–3] пластичноcть CdTe распространяется В настоящей работе показано, что генерация и движеи на область значительно более низких температур ние дислокаций в действительности вызывает значительвплоть до T = 100 K. Таким образом, при различных но более сложные изменения в спектрах рекомбинацистандартных технологических операциях, например меонного излучения кристаллов CdTe, чем представлялось ханической обработке поверхности, термообработках, ранее. Нами обнаружены две серии характерных полос ионной имплантации и т. д., в активной части полупро„дислокационной“ фотолюминесценции и идентифициводникового устройства может возникать значительное рованы типы дефектов, ответственных за обе указанные ¶ E-mail: shep@isp.kiev.ua серии.

1176 Н.И. Тарбаев, Г.А. Шепельский 2. Методика эксперимента Исследовались плоскопараллельные пластины специально не легированного высокоомного монокристаллического теллурида кадмия, выращенного по методу Бриджмена. Пластины вырезались с ориентацией вдоль плоскостей {001} и {111}, шлифовались и полировались механически. Для финишного удаления поверхностного нарушенного слоя образцы химически полировались в растворе брома в метаноле. Плотность ростовых дислокаций в образцах не превышала величину 5 · 105 см-2.

Для создания добавочной структуры свежих дислокаций наносились единичные уколы индентора, либо проводилось скрайбирование образца, т. е. на его поверхность индентором наносились прямолинейные царапины. Индентирование поверхности проводилось на установке для испытания микротвердости ПТМ-3 при помощи индентора Виккерса при нагрузке на индентор 10 г с постоянной скоростью 15 мкм/с. После этого образцы сразу же помещались в криостат и Рис. 1. Спектральное распределение фотолюминесценбыстро охлаждались. Фотолюминесценция возбуждалась ции (PL) CdTe из области индентирования (сплошная линия) излучением непрерывного гелий-неонового лазера мощи неповрежденной области (штриховая). T = 4.2K.

ностью до 40 мВт. Спектры ФЛ в диапазоне температур T = 4.2-150 K записывались с помощью спектрального комплекса КСВУ-2 с обратной линейной дисперсиФЛ является их метастабильность: даже после относией 2.6 нм/мм. Пространственное разрешение определятельно кратковременной (в течение нескольких часов) лось фокусировкой возбуждающего лазерного излучения выдержки кристаллов при комнатной температуре полов пятно диаметром 30 мкм.

сы практически исчезают из спектров излучения. В то Для получения профилей пространственного распреже время при более низких температурах хранения криделения ФЛ исследуемая плоская грань образца рассталла (T < 100 K) эти полосы сохраняются в спектре полагалась параллельно входной щели спектрального практически сколь угодно долго.

прибора. Таким образом, при перемещении образца Другая группа полос излучения появляется в резульперпендикулярно оптической оси монохроматора, возтате индентирования в области энергий 1.47-1.51 эВ буждаемая область образца постоянно находилась на (843-821 нм). При температуре выше T = 4.2K, как этой оси. В результате излучение от образца постоянно правило, доминирует полоса с максимумом окопопадало во входную щель монохроматора. Профили ло 1.476 эВ (841 нм). Полосы 1.47-1.51 эВ (обычно пространственного распределения фотолюминесценции три полосы) наблюдаются в диапазоне температур записывались при многократном сканировании одного и T = 4.2-100 K. Они оказываются стабильными, сохратого же участка поверхности.

няются в спектрах излучения и после длительного хранения кристаллов при комнатной температуре. О на3. Результаты эксперимента блюдении излучения при 841 нм сообщалось ранее [4–7].

и их обсуждение Причиной возникновения полосы было пластическое деформирование кристаллов CdTe либо при одноосной 3.1. Спектры фотолюминесценции деформации, либо индентированием. Отметим, что в индентированной области одновременно с появлением В спектрах ФЛ в области индентирования поверх„дислокационных“ полос ФЛ происходит заметное ганости кристаллов CdTe появляются полосы излучения шение исходных полос излучения CdTe.

(рис. 1), которые отсутствуют в спектрах исходных образцов. Новые полосы излучения в области энергий вблизи 1.54 эВ (805-806 нм) наблюдаются в низкотем3.2. Профили пространственного пературном диапазоне, T < 100 K. При этом, как правираспределения дислокационных полос ло, возникают две близко расположенные полосы. Наифотолюминесценции лучшим для одновременного наблюдения обеих полос оказывается диапазон 35-55 K. В области температур Как выяснилось из первых же измерений, профили 4.2-30 K обычно доминирует полоса с энергией мак- пространственного распределения интенсивности излусимума 1.538 эВ (806 нм) при T = 4.2 K. Характерной чения для всех полос ФЛ, принадлежащих одной и той особенностью описанных выше полос „дислокационной“ же серии, оказались практически одинаковыми. Поэтому Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Две серии полос „дислокационной“ фотолюминесценции в кристаллах теллурида кадмия для записи профилей в качестве основных полос от каждой из двух описанных выше серий были выбраны головные полосы — 806 и 841 нм. Отметим, что монокристаллы CdTe деформируются пластически по системе скольжения 110 {111} [3,8]. При индентировании поверхности пластическая деформация в кристаллах CdTe протекает в виде движения дислокационных полупетель [4,9].

Грань (111). Как показывает избирательное травление, при нанесении единичного укола индентором на грань (111) вокруг места индентирования возникает симметричная дислокационная розетка. Розетка оказыРис. 2. Схема пространственного распределения плоскостей вается пространственно трехкратно вырожденной. Она скольжения дислокаций при индентировании грани (001).

состоит из шести лучей, обозначенных выходами на Большая стрелка в центре показывает место индентирования.

поверхность образца головных дислокаций от дислокаРозетка распределения дислокаций на поверхности показана ционных полупетель. При этом различаются выходы сплошными толстыми линиями. Тонкие стрелки указывают на и -дислокаций. Лучи выходов - и -дислокаций лежат плоскости, соответствующие системам розеточного и тетраэдпараллельно друг другу. За счет более высокой подвижрического скольжения. Направления развития тетраэдрическоности дислокаций -типа их лучи оказываются более го скольжения показаны толстыми пунктирными линиями.

протяженными (в 1.5-2 раза) по сравнению с лучами -дислокаций [2]. Царапины на поверхность (111) наносились вдоль направления 110 и перпендикулярно (толстые сплошные линии). Системе же тетраэдричеэтому направлению, т. е. вдоль 110.

ского скольжения отвечают векторы Бюргерса, направПрофили пространственного распределения ФЛ вблиленные в глубь кристалла (рис. 2, толстые пунктирзи царапины для всех полос излучения оказались сланые линии). Например, ветвь тетраэдрического скольбо зависящими от направления царапины, т. е. пракжения, которая направлена „направо и к поверхности тически изотропными. С учетом высокой симметрии рисунка“, будет ограничена двумя парами плоскостей:

дислокационной розетки на поверхности (111) такой (111) Te и (111) Cd, (111) Cd и (111) Te. Таким обрарезультат представляется вполне понятным. Для обоих зом, в каждой ветви тетраэдрического скольжения бунаправлений пространственный профиль интенсивнодут присутствовать экстраполуплоскости, ограниченные сти полосы 841 нм оказался в 2 раза шире профи60-градусными как Cd-, так и Te-дислокациями (Cd(g)ля полосы 806 нм. Поэтому, если предполагать, что и Te(g)-дислокациями соответственно). Это — головные обе полосы имеют дислокационное происхождение, то дислокации полупетель. При этом полупетли с Te(g)полосу 841 нм следовало бы приписать электронным и Cd(g)-дислокациями будут вытянуты в одном и том состояниям более подвижных -дислокаций, а положе направлении, но располагаться в разных плоскостях.

су 806 нм — состояниям -дислокаций. Однако таЗдесь и далее (g) подчеркивает, что рассматриваемые кой вывод представляется преждевременным, поскольку дислокации являются скользящими.

описанных выше данных явно не достаточно для окончаЧто касается розеточного скольжения, то оно бутельного заключения.

дет развиваться за счет скольжения головных дислокаГрань (001). Для выяснения картины пространственций либо только по двум Cd-, либо только по двум ного распределения дислокаций на поверхности (001) Te-плоскостям, т. е. экстраполуплоскости будут огранирассмотрим схему расположения плоскостей скольжечены исключительно или атомами Cd, или атомами Te ния вокруг отдельного отпечатка индентора (рис. 2).

При индентировании скольжение дислокаций происхо- соответственно. Как показано в [4], при индентиродит в направлениях, задаваемых набором эквивалент- вании грани (001) одна пара зеркально-симметричных лучей розетки будет образована выходами сегментов ных векторов Бюргерса. В результате образуются так 60-градусных Te(g)-дислокаций (или, иначе, -дислоназываемые ветви скольжения (толстые сплошные и пунктирные линии). Внутри каждой из ветвей скольже- каций). Другая пара лучей будет образована сегментания полярность экстраполуплоскости (т. е. ограничива- ми 60-градусных Cd(g)-дислокаций (или -дислокаций).

Плоскости обозначены на рис. 2 как (111) Te, (111) Te ется ли плоскость атомами Cd или Te) определяется и (111) Cd, (111) Cd соответственно. В результате, как ее кристаллографической ориентацией и направлением это видно из рис. 2, при индентировании грани (001) вектора Бюргерса дислокации.

При индентировании граней высокой симметрии трех- скопления выходов Te(g)- и Cd(g)-дислокаций оказывамерную картину пространственного распределения дис- ются пространственно разделенными.

локационных полупетель принято подразделять на две Таким образом, примыкающие к царапине облагруппы. Система розеточного скольжения содержит век- сти на поверхности кристалла будут содержать выторы Бюргерса вдоль плоскости индентируемой грани ходы либо Te(g)-дислокаций (направление царапиФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1178 Н.И. Тарбаев, Г.А. Шепельский нарушениями сплошности кристалла. Полуширина про филя полосы 841 нм для направления царапины в несколько раз превышает таковую для направления 110. Сопоставляя этот факт со схемой на рис. 3, приходим к выводу, что полоса 841 нм определенно связана с состояниями Te(g)-дислокаций. Этот результат согласуется также и с выводами работ [4,5]. Ширины профилей пространственного распределения для полос излучения 820 и 830 нм имеют ту же ориентационную зависимость, что и для полосы 841 нм. Последнее свидетельствует о том, что все излучательные полосы, Рис. 3. Схема формирования дислокационных полупетель при нанесении на поверхность (001) царапин: a — вдоль (плоскость рисунка (111) Cd), b —вдоль 110 (плоскость ри сунка (111) Te). Пунктир — расположение плоскостей (111) Te и (111) Te, по которым происходит скольжение вдоль направления царапины 110, порождающее Te(g)-дислокации (им соответствует полоса 841 нм). Черные точки — места выхода дислокационных полупетель на поверхность.

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.