WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1 Фотолюминесценция рекристаллизованного наносекундным лазерным облучением теллурида кадмия © В.Н. Бабенцов, Н.И. Тарбаев Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 28 января 1997 г. Принята к печати 25 февраля 1997 г.) Исследовано влияние лазерного облучения наносекундной длительности на морфологию и низкотемпературную фотолюминесценцию n-CdTe при плотностях мощности, приводящих к плавлению материала (0.2 0.5Дж/см2). После перекристаллизации материал имеет поверхность типа ”апельсиновой корки”.

Спектр низкотемпературной фотолюминесценции соответствует монокристаллическому p-CdTe низкого качества с большим содержанием дислокаций и комплексов точечных дефектов. Лазерное воздействие производит эффект дальнего действия и приводит к существенному изменению примесно-дефектной системы, характерному для конверсии типа проводимости n p, на расстоянии более 50 мкм от места поглощения излучения.

Введение Методика эксперимента Ранее мы исследовали воздействие на примесно-де- Образцы n-CdTe получали путем отжига при темперафектную систему теллурида кадмия импульсного лазер- туре Ta = 500 600C пластин специально не легироного излучения (ИЛИ) с относительно малой плотно- ванного p-CdTe с концентрацией дырок p < 1015 см-3 в атмосфере насыщенных паров кадмия в запаянной стью энергии в импульсе (до 150 мДж/см2) [1,2]. Такое амплуле, содержащей образец и навеску кадмия [4].

излучение в зависимости от предыстории образца и режимов ИЛИ может создавать новые или отжигать уже После удаления поверхностного слоя отожженной имевшиеся в кристалле CdTe дефекты. пластины на глубину 100 200 мкм полированием в растворе брома в метаноле оставшаяся часть пластины Было показано, что до достижения порога плавления представляла собой однородно легированный по толCdTe (0.2 0.3Дж/см2) на его поверхности образуется щине материал n-типа проводимости с концентрацией тонкий слой аморфного теллура (толщиной 10 20 нм), электронов n =(2 5) · 1015 см-3.

который со временем кристаллизуется, образуя поликристаллическую пленку. Под этой пленкой располага- Ориентация пластин соответствовала плоскости {111}.

ется слой материала, обедненный кадмием на глубину 3040 нм и представляющий собой нестехиомерическое Образцы перед обработкой помещались на держасоединение CdxTe1-x, где x =0.3 0.5. тель, позволяющий линейно перемещать их перпендикулярно направлению лазерного луча со скоростью Под слоем нестехиометрического теллурида кадмия V = 100 200 мкм/с.

расположен слой материала, в котором в процессе релаксации упругих напряжений образуется дислокацион- Обработка образцов ИЛИ проводилась при комнатной температуре на воздухе с использованием ная сетка [3]. Низкотемпературная фотолюминесценция YAG : Nd-лазера (работающего в режиме модулирован(ФЛ) и электрофизические свойства в этой области ной добротности с частотой повторения 10 Гц и длисильно отличаются от свойств исходного материала, тельностью импульса 20 нс, длина волны излучения в общем случае проявляя тенденцию к уменьшению проводимости и появлению в спектре низкотемператур- = 0.63 мкм) через щель шириной 80 мкм, расположенную на расстоянии 50100 мкм от поверхности образца.

ной ФЛ новых полос, связанных с рекомбинацией на комплексных дефектах, таких как nVCd или nVCd + MCd, При фокусировке лазерного луча в пятно диамегде n — количество одиночных вакансий, M — примесь тром 20 мкм используемая частота повторения импульI группы. В данной работе исследовано влияние ИЛИ сов обеспечивала условия, когда каждая точка образнаносекундной длительности на морфологию и низко- ца обрабатывалась 10 20 импульсами при заданной температурную ФЛ n-CdTe при плотностях мощности, скорости перемещения лазерного луча вдоль щели и образовывалась полоса обработанного материала. После приводящих к плавлению материала (0.2 0.5Дж/см2).

Показано, что после перекристаллизации материала его получения одной полосы щель параллельно смещали на 100 200 мкм и повторяли обработку. Так получали поверхностный слой теряет свою исходную зеркальность последовательно чередующиеся полосы обработанного и и приобретает морфологию типа ”апельсиновой корки”.

необработанного материала.

На нем наблюдается спектр низкотемпературной ФЛ, соответствующий монокристаллическому p-CdTe с боль- После лазерной обработки поверхность образца исшим содержанием дислокаций и комплексов точечных следовали на электронном микроскопе (контраст во дефектов. вторичных электронах). Далее на них измеряли спекФотолюминесценция рекристаллизованного наносекундным лазерным облучением теллурида кадмия тры низкотемпературной фотолюминесценции (температура измерения T = 4.2K). Для получения пространственного распределения излучения фотолюминесценции с заданной длиной волны область фотовозбуждения (сфокусированное в пятно диаметром 50 мкм излучение He–Ne-лазера мощностью 40 мВт с длиной волны = 632.8нм) перемещали по образцу в направлении, перпендикулярном обработанным лазером дорожкам таким образом, что регистрируемое излучение всегда было сфокусировано на входную щель спектрального прибора МДР-23.

Экспериментальные результаты и обсуждение 1. Морфология поверхности. На рис. 1, a представлена фотография поверхности образца p-CdTe во вторичных электронах после его обработки лазерным излучением. Дорожки, поверхность которых напоминает апельсиновую корку, образовались в результате переплавки материала лазерным излучением и его последующей кристаллизацией на воздухе. Между ними расположены дорожки необработанной поверхности исходного материала, которые оставались зеркально гладкими. Ширина обработанных и необработанных дорожек на поверхности образца составляет 80 120 мкм.

2. Низкотемпературная фотолюминесценция. На Рис. 1. Пространственное распределение вторичных электрорис. 2, a показан спектр низкотемпературной ФЛ исход- нов в электронном микроскопе при возбуждении поверхности обработанного лазерным излучением образца n-CdTe (a), а ного n-CdTe, который содержит в области связанных также интенсивностей полос низкотемпературной фотолюмиэкситонов две сравнимые по интенсивности линии эксинесценции 780 нм (b) и 840 нм (c) при сканировании по тонов: I1 — линию экситонов, связанных на нейтральных координате x в направлении, перпендикулярном полоскам обмелких акцепторах (LiCd, NaCd, CuCd, PTe), и I2 — линию работанного материала.

экситонов, связанных на нейтральных мелких донорах (Lii, Nai, Cui) [5].

В области краевой донорно-акцепторной (Д–А) фотолюминесценции признаком n-типа проводимости CdTe примечательно при этом, что в спектре полностью исявляется полоса с максимумом 810 нм, связанная с ак- чезла линия I2, что характерно для материала p-типа цепторным состоянием фосфора PTe, доминирующая в проводимости [4].

области длин волн 800 820 нм [4]. На рис. 1, b, c приведены профили распределения инПосле лазерной обработки спектр ФЛ радикально тенсивности низкотемпературной ФЛ полос в области изменяется не только в области переплавленного мате- 840 и 780 нм, полученные в результате сканирования риала (дорожки с поверхностью апельсиновой корки), но пятном возбуждения перпендикулярно дорожкам, полуи между этими областями (рис. 2, спектры b, c), т. е. там, ченным лазерной обработкой.

где переплавки материала не происходило. Пространственная корреляция экстремумов полос свиОсновным изменением в спектре переплавленного детельствует о взаимосвязи рекомбинационных механизматериала в сравнении с исходным является сильное мов в этих полосах.

(в 20 40 раз) уменьшение интенсивности излучения Значительные изменения спектра низкотемпературной в области связанных экситонов и в области Д–А излу- ФЛ произошли также и в областях, где материал не был чения 800 820 нм. При этом в спектре ФЛ появилась переплавлен вследствие нагрева лазерным излучением, доминирующая по интенсивности новая полоса с мак- т. е. там, где максимальна интенсивность линии I1.

симумом 840 нм, обусловленная, как принято считать, В точке, равноудаленной от соседних дорожек перекомбинацией на комплексных дефектах, включающих реплавленного CdTe, в спектре ФЛ линия I2 также в себя вакансии кадмия и атомы остаточных примесей практически отсутствует, а полоса Д–А излучения 810 нм металлов I группы [6], которая индуцируется также уже не является доминирующей в области 800 820 нм пластической деформацией объемного материала или (рис. 2, спектр b). В спектре доминирует полоса 804 нм, абразивной обработкой его поверхности [7]. Весьма что характерно для материала p-типа проводимости [4].

3 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 34 В.Н. Бабенцов, Н.И. Тарбаев лазерном облучении обедняется кадмием, а на поверхности образуется пленка аморфного теллура.

Вакансии кадмия, образующиеся в приповерхностном слое, диффундируют в глубь и в стороны от обработанных лазерным излучением участков материала. Они заполняются атомами остаточных примесей I группы, создавая однозарядные акцепторы, обусловливающие pтип проводимости.

В области переплавленного материала ”пересыщенный твердый раствор” вакансий кадмия конденсируется, приводя к образованию дислокационных петель и комплексных дефектов, что, с одной стороны, приводит к падению квантового выхода излучательной рекомбинации, а с другой — к появлению новой полосы 840 нм, не наблюдавшейся в ФЛ исходного, близкого к стехиометрическому, теллурида кадмия.

Сканирование точки возбуждения ФЛ поперек обработанных ИЛИ полос показывает, что эффект лазерной обработки является весьма дальнодействующим и распространяется вдоль поверхности образца на расстояние, превышающее 50 мкм (профили интенсивностей линии I1 и полосы 840 нм приведены на рис. 1, b, c).

Столь большое расстояние, на которое действует лазерная обработка, очень трудно объяснить распространением теплового потока от наносекундного лазерного импульса. По-видимому, более существенными являются в данном случае диффузия вакансий кадмия и активная роль в этом процессе дислокаций (обычно плотность дислокаций составляет (0.5 1.0) · 105 см-2).

Заключение В работе показано, что:

1) лазерная перекристаллизация n-CdTe на воздухе приводит к получению материала, имеющего спектр низкотемпературной ФЛ, характерный для теллурида кадмия p-типа проводимости низкого качества (большое Рис. 2. Спектры низкотемпературной фотолюминесценции количество дислокаций, двойников, точечных комплексCdTe: a — исходный необработанный материал n-типа проных дефектов и т. д.);

водимости; b — участок, расположенный в середине между 2) лазерная обработка импульсами наносекундной дорожками обработанного лазерным излучением материала;

длительности производит эффект дальнего действия; изc — перекристаллизованный материал, имеющий морфологию менение спектра ФЛ в точке, более чем на 50 мкм поверхности типа апельсиновой корки.

отстоящей от места поглощения лазерного излучения, свидетельствует о существенном изменении примеснодефектной системы, характерном для конверсии типа проводимости n p.

Таким образом, на основании анализа спектров низкотемпературной ФЛ можно заключить, что лазерный нагрев материал n-CdTe, обогащенного атомами избыточ- Список литературы ного кадмия, приводит к преимущественному удалению [1] В.Н. Бабенцов, А. Байдуллаева, Б.М. Булах, С.И. Горбань, из него кадмия и образованию вакансий кадмия.

П.Е. Мозоль, Б.К. Даулетмуратов. Поверхность. Физика, Такой же результат был получен ранее [8] при изхимия, механика, 12, 144 (1988) мерении на масс-спектрометре состава потока атомов, [2] А. Байдуллаева, Б.М. Булах, Б.К. Даулетмуратов, Б.Р. Джувылетающих при лазерной обработке теллурида кадмия.

маев, Н.Е. Корсунская, П.Е. Мозоль, Г. Гарягдыев. ФТП, 26, Как было показано в этой работе, при установлении ста801 (1992).

ционарного потока количество атомов кадмия в потоке [3] В.Н. Бабенцов, А. Байдуллаева, А.И. Власенко, С.И. Горв четыре раза превышает количество атомов теллура.

бань, Б.К. Даулетмуратов, П.Е. Мозоль. ФТП, 27, Таким образом, приповерхностный слой материала при (1993).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Фотолюминесценция рекристаллизованного наносекундным лазерным облучением теллурида кадмия [4] Н.В. Агринская, В.В. Шашкова. ФТП, 22, 1248 (1988).

[5] E. Molva, J.P. Chamonal, J.L. Pautrat. Phys. St. Sol. (b), 109, 635 (1982).

[6] В.Н. Бабенцов, Б.М. Булах, С.И. Горбань, Л.В. Рашковецкий, Е.А. Сальков. ФТП, 23, 1560 (1989).

[7] В.Н. Бабенцов, С.И. Горбань, Е.А. Сальков, Н.И. Тарбаев.

ФТП, 21, 1724 (1987).

[8] J.J. Dubovski, P.K. Bhat, D.F. Williams, P. Becla. J. Vac. Sci.

Technol. A, 4, 1879 (1986).

Редактор Л.В. Шаронова Photoluminescence of cadmium telluride after recrystallization by nanosecond laser irradiation V.N. Babentsov, N.I. Tarbaev Institute of Semiconductor Physics, Ukrainian National Academy of Sciences, 252650 Kiev, Ukraine 3 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.