WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 11 Фотолюминесценция кристаллов n-ZnSe, легированных донорной и акцепторной примесями из солевого расплава LiCl © Г.Н. Иванова, В.А. Касиян, Д.Д. Недеогло Молдавский государственный университет, 2009 Кишинев, Молдова (Получена 7 февраля 1997 г. Принята к печати 20 марта 1997 г.) В интервале температур от 82 до 420 K исследованы спектры фотолюминесценции и спектры возбуждения люминесценции (СВЛ) монокристаллов n-ZnSe, отожженных в расплаве LiCl. Установлено, что такая термообработка кристаллов существенно уменьшает интенсивность полос длинноволнового свечения и усиливает краевое излучение. Спектр возбуждения длинноволновых полос фотолюминесценции содержит несколько максимумов вблизи края фундаментального и примесного поглощения. Показано, что сложная структура спектров возбуждения люминесценции обусловлена перелокализацией неравновесной дырки с мелкого акцептора на более глубокий оже-процессом с участием носителей, локализованных на этих центрах.

Задачи современной оптоэлектроники требуют разра- 337 нм. При 82 K исследовались также спектры возбуботки приборов, работающих в сине-голубой области ждения люминесценции (СВЛ). Исследования спектров спектра. Перспективным материалом для этих целей ФЛ и СВЛ проводились с использованием монохроматоявляется селенид цинка. Однако в спектре фотолюминес- ра МДР-23 с линейной дисперсией 14 /мм в области ценции (ФЛ) нелегированного n-ZnSe наряду с краевой длин волн от 440 до 700 нм.

люминесценцией наблюдаются интенсивные длинноволновые широкие полосы излучения. В связи с этим возниЭкспериментальные результаты кает проблема идентификации центров свечения, ответственных за эти полосы, и поиска легирующих примесей, Спектр ФЛ нелегированного кристалла n-ZnSe при способных уменьшить число центров длинноволнового 82 K приведен на рис. 1 и состоит из равных по свечения и повысить интенсивность высокотемпературинтенсивности полос A (445 нм) и C (540 нм). На ного краевого излучения ZnSe. Посколько центрами длинноволновом спаде полосы C наблюдается слабая в длинноволнового свечения в ZnSe, как правило, являвиде перегиба полоса D (600 нм) и четко выраженная ются собственные дефекты (VZn) или такие примеси, как полоса E (635 нм). Минимальной интенсивностью облаCu, Ag, Au, создающие глубокие акцепторные центры, дает полоса B.

проблема увеличения интенсивности краевого излучения Непродолжительный отжиг в течение 6 ч исходных может быть решена посредством уменьшения центров кристаллов в расплаве соли LiCl сильно уменьшает такого типа в процессе легирования кристаллов мелкими интенсивность полосы C (рис. 1, кривая 2), смещает акцепторными и донорными примесями.

максимум полосы E к 640 нм, более четко выделяет полосу D, не изменяя ее спектрального положения.

Легирование образцов и условия Полосы A и B ФЛ при этом не претерпевают каких-либо изменений.

эксперимента Более длительный отжиг (100 ч) кристаллов приводит В качестве способа одновременного легирования кри- к сильному росту интенсивности полосы B краевого изсталлов n-ZnSe мелкими примесями донорного (ClSe) и лучения и смещению ее максимума к 456 нм (рис. 1, криакцепторного (LiZn) типа нами был использован низко- вая 3). Эта полоса становится доминирующей в спектре ФЛ. Ее интенсивность вдвое превышает интенсивность температурный (750C) отжиг их в расплаве соли LiCl.

Отжиг производился в откаченных ампулах в течение наиболее коротковолновой полосы A на фоне исчезающе от 6 до 100 ч. По окончании отжига ампулы резко малых интенсивностей более длинноволновых полос ФЛ.

охлаждались до комнатной температуры. Известно [1], Максимум полосы E смещается к 649 нм.

что расплав соли LiCl является типичной ионной жидко- Таким образом, отжигая длительное время кристаллы стью (Li+ и Cl-) с очень высокой электропроводностью n-ZnSe в расплаве соли LiCl, можно в значительной (6.308 Ом-1 · см-1). Следует ожидать, что в процессе степени уменьшить интенсивность длинноволнового изотжига кристаллов n-ZnSe в расплаве соли LiCl ионы ли- лучения и усилить краевое излучение.

тия и хлора, диффундируя в кристалл, будут внедряться в Спектры возбуждения длинноволновых полос ФЛ неузлы цинковой и селеновой подрешеток, соответственно легированного кристалла n-ZnSe при 82 K приведены создавая донорные (ClSe) и акцепторные (LiZn) центры. на рис. 2 (кривые 1–3). Характерной особенностью В интервале температур от 82 до 420 K исследовались этих спектров является наличие нескольких полос возспектры ФЛ исходного и легированных кристаллов. ФЛ буждения вблизи края фундаментального поглощения.

возбуждалась излучением лазера ЛГИ-21 длиной волны Так, например, СВЛ полосы E неотожженного кристалла 1328 Г.Н. Иванова, В.А. Касиян, Д.Д. Недеогло отдельный максимум, интенсивность которого сравнивается с интенсивностью полосы E при 174 K и становится доминирующей в спектре ФЛ при 192 K. С увеличением температуры до 330 K интенсивность полосы D растет, а затем уменьшается, как и интенсивности остальных полос в спектре ФЛ (рис. 5). Первоначальный рост интенсивности этой полосы с увеличением температуры, по-видимому, обусловлен температурным гашением более интенсивной, близко расположенной соседней полосы E. Динамика этого процесса хорошо просматривается на рис. 3. Максимум этой полосы с ростом температуры смещается к меньшим длинам волн, и при 350 K полоса оказывается центрированной при 580 нм (рис. 3, кривая 5). Полоса E практически не смещается с ростом температуры. Максимум полосы A смещается в длинноволновую область с коэффициентом температурного смещения, равным -3.8 · 10-4 эВ/K и близким по значению к коэффициенту температурного изменения ширины запрещенной зоны ZnSe (-4 · 10-4 эВ/K [3]).

Полуширина полосы A растет от 24 мэВ при 84 K до 80 мэВ при 350 K. С ростом температуры интенсивность полосы B гасится значительно быстрее, чем интенсивность полосы A (рис. 4), и при температуре 180 K эта полоса ФЛ практически не детектируется.

Коэффициент температурного смещения полосы B в длинноволновую область составляет -3.2 · 10-4 эВ/K.

Рис. 1. Спектры фотолюминесценции неотожженных (1) и Большая полуширина этой полосы ФЛ (68 мэВ при отожженных в расплаве соли LiCl (2, 3) кристаллов n-ZnSe.

82 K) обусловлена вкладом фононных повторений, о чем T = 82 K. Время отжига, ч: 2 —6, 3 — 100.

свидетельствует заметный перегиб на длинноволновом спаде (рис. 4, кривые 1 и 2).

Энергия активации температурного гашения полос A и B в интервале температур от 80 до 120 K (рис. 4, вставсостоит из трех полос с максимумами при 420, 445 и 470 нм. СВЛ полосы D имеет примерно такую же струк- ка) для различных образцов оказалась равной (10 27) туру, а в СВЛ полосы C присутствуют только две полосы с максимумами при 420 и 450 нм. В СВЛ полосы E легированных кристаллов ZnSe : LiCl доминируют полосы, обусловленные возбуждением примесных уровней. Так, в СВЛ полосы E кристаллов, отожженных в течение 6 ч, примесный максимум наблюдается при 470 нм (рис. 2, кривая 4). Отжиг в течение 100 ч приводит к еще большему смещению СВЛ полосы E в область примесного возбуждения и появлению двух новых полос с максимумами при 490 и 510 нм, доминирующих по интенсивности (рис. 2, кривая 5). В легированных кристаллах свет из области фундаментального поглощения слабо возбуждает люминесценцию.

Большая ширина СВЛ, наличие нескольких максимумов и изменение их энергетического положения от образца к образцу являются следствием неэлементарности длинноволновых полос ФЛ [2].

Исследования температурной эволюции спектров ФЛ (рис. 3, 4) показали, что с ростом температуры интенсивности полос A, B, C и E уменьшаются. Несколько Рис. 2. Спектры возбуждения ФЛ неотожженных (1–3) и необычно поведение полосы D с температурой. Если при отожженных в расплаве соли LiCl в течение 6 ч (4) и 100 ч (5) 84 K она является только перегибом на коротковолновом кристаллов n-ZnSe. T = 82 K. Кривые СВЛ: 1, 4, 5 —полосыE;

спаде полосы E, то при 93 K эта полоса ФЛ выделяется в 2 —полосы D; 3 —полосы C.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Фотолюминесценция кристаллов n-ZnSe, легированных донорной и акцепторной примесями... наблюдаемой полосы со стороны больших длин волн, ее уширению и смещению в длинноволновую область спектра (рис. 3), а также к увеличению энергии активации температурного гашения интенсивности этой полосы ФЛ (рис. 5). Наблюдаемый разброс значений этой энергии от образца к образцу связан, очевидно, с наличием нескольких видов мелкой дононой примеси.

Более детальный анализ природы полос A и B был проведен нами ранее в работе [4]. Отмечалось, что с ростом температуры меняется структура центров свечения, ответственных за полосу B. При низких температурах это были ассоциативные акцепторы типа (VZnD). При высоких температурах имел место распад ассоциативных центров на простые более глубокие акцепторы VZn и мелкие доноры. Поэтому отжиг кристаллов ZnSe в жидком цинке полностью гасил эту полосу, а отжиг в жидком селене приводил к сильному возгоранию ее интенсивности [4]. Малые значения энергии активации температурного гашения этой полосы не отражают глубину залегания центра свечения, поскольку гашение происходит, как было показано в [4], по внутреннему механизму.

Рис. 3. Температурная эволюция спектров ФЛ кристаллов nZnSe, отожженных в соли LiCl в течение 6 ч. T, K: 1 — 84, 2 — 133, 3 — 185, 4 — 264, 5 — 350.

и (37 39) мэВ соответственно. При температуре выше 220 K интенсивность в максимуме полосы A резко уменьшается и энергия активации температурного гашения этой полосы возрастает до (39 52) мэВ (рис. 5). При температурах (220250) K изменяется и температурное гашение полос E и D. Зависимости ln I = f (103/T ) для этих полос имеют два наклона. Энергии активации температурного гашения интенсивности полосы E низкотемпературной области состаляют (4 13) мэВ, а в высокотемпературной — (100150) мэВ для различных образцов.

Обсуждение экспериментальных результатов Полоса A при низких температурах располагается в непосредственной близости от линии излучения свободных экситонов и обусловлена их аннигиляцией. При увеличении температуры мелкие доноры переходят в ионизированное состояние и при T > 200 K наиболее Рис. 4. Влияние температуры на спектры краевой ФЛ кривероятным становится образование экситон-примесных сталла n-ZnSe, отожженного в соли LiCl в течение 100 ч. T, K:

комплексов, связанных с ионизированными донорами, 1 — 82, 2 — 101, 3 — 112, 4 — 182. На вставке — кривые вклад которых в формирование полосы A становится температурного гашения интенсивностей полос ФЛ B (5) и преобладающим. Это приводит к некоторой асимметрии A (6).

4 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1330 Г.Н. Иванова, В.А. Касиян, Д.Д. Недеогло с участием носителей, локализованных на ЦП и ЦС:

после оптического возбуждения электрона с ЦП в зону проводимости (или на мелкий донор) он вновь возвращается безызлучательно на ЦП, передавая выделяющуюся при этом энергию электрону, локализованному на более глубоком ЦС, и возбуждая его в зону проводимости [10].

Последующий захват электрона центром свечения вызывает длинноволновую люминесценцию.

В соответствии с этой моделью наиболее коротковолновая полоса в СВЛ полосы E (рис. 2, кривая 1) обусловлена возбуждением электрона с относительно мелкого акцептора, являющегося ЦП, в зону проводимости. Разность энергии поглощаемого кванта в максимуме этой полосы возбуждения и энергии испускаемого кванта в максимуме полосы B составляет величину порядка 0.25 эВ и соответствует стоксовому сдвигу. Это дает основание полагать, что центрами поглощения являются центры свечения полосы B, т. е. ассоциаты (VZnD). Полагая, что в СВЛ проявляется также и переход, соответствующий возбуждению электрона в зону проводимости с более глубокого ЦС полосы E в результате ожепроцесса, логично связать с этим оптическим переходом наиболее длинноволновую полосу в спектре возбуждения (рис. 2, кривая 1). Разница энергий в максимумах этой полосы E излучения составляет 0.45 эВ и хорошо согласуется с величиной стоксового сдвига этой полосы Рис. 5. Температурная зависимость интенсивности ФЛ криизлучения, найденной в работе [2].

сталла n-ZnSe : LiCl (6 ч) в максимумах A, E, D и B.

Если принять в качестве рабочей гипотезы, что ЦС полосы ФЛ 630 нм полосы E представляет собой трехчастичный ассоциат, состоящий из вакансии цинка, донора Интенсивная полоса C с максимумом при 540 нм, и удаленного на значительное расстояние от них мелкого наблюдаемая в спектрах излучения исходных кристалакцептора [2], то отжиг кристаллов ZnSe в соли LiCl лов, обычно связывается с наличием меди в ZnSe [5,6].

должен привести к распаду этих сложных ассоциатов по Уменьшение ее интенсивности после термообработки двум причинам. Во-первых, как было показано нами ракристаллов в соли LiCl (рис. 1) объясняется экстракцией нее [9], даже непродолжительный отжиг (10 ч) кристалмеди из кристалла в процессе такого отжига.

лов ZnSe в соли LiCl приводит к экстракции из кристалла Центры свечения, формирующие полосу D самоак- мелких доноров (Al, Ga, In) и акцепторов (Na), вхотивированного излучения с максимумом при 600 нм, дящих по всей вероятности, в состав рассматриваемого представляют собой ассоциаты (VZnVSe) [7,8]. Полное ассоциата. Во-вторых, в процессе такого отжига вакансии исчезновение этой полосы при длительном отжиге кри- цинка, так же входящие в состав ассоциата, заполняются сталлов в соли LiCl (рис. 1), зафиксированное нами и атомами лития (LiZn). Увеличение длительности отжига в более ранней работе [9], обусловлено одновременным до 20 ч и более, согласно [9], вновь приводит к резкому заполнением вакансий цинка и селена атомами LiZn и возрастанию концентрации вакансий цинка за счет выхоClSe соответственно.

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.