WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 2 Микрофотолюминесценция нелегированного теллурида кадмия, полученного неравновесным методом прямого синтеза в потоке паров компонентов © В.В. Ушаков¶, Ю.В. Клевков Отделение физики твердого тела Физического института им. П.Н. Лебедева, Российской академии наук, 119991 Москва, Россия (Получена 5 мая 2006 г. Пряната к печати 19 мая 2006 г.) Методом микрофотолюминесцентного спектрального анализа и имиджинга исследованы свойства нелегированного CdTe, полученного неравновесным методом прямого синтеза в потоке паров компонентов.

Несмотря на весьма значительное увеличение скорости кристаллизации, большая интенсивность краевой полосы с разрешением спектроскопических деталей внутри ее контура при температурах 100 K свидетельствовала о высоком качестве кристаллического материала с размером монокристаллических зерен до 0.5 мм.

Люминесцентные топограммы исследованных образцов напоминали по форме топограммы кристаллов, выращенных квазиравновесными методами, однако механизм сегрегации примесей на межзеренных границах в исследованных кристаллических структурах не был связан с диффузионными процессами, а имел иную природу.

PACS 71.55.Gs, 78.55.Et, 81.05.Dz 1. Введение 2. Приготовление образцов и методика эксперимента При квазиравновесных условиях роста кристаллов AIIBVI далеко не всегда обеспечивается прямая зави- Принципиальную основу разработанного метода роста симость их физических свойств от состава, поскольку, составлял химический синтез соединения в потоке паров вследствие ретроградного характера линии солидуса на компонентов Cd и Te2, подаваемых в зону синтеза сечении фазовой диаграммы T -x, концентрация сво- из отдельных ячеек, сопряженных с кристаллизатором.

бодных носителей заряда фактически определяется во Процессы проводились в кварцевом реакторе проточвторичных, трудно контролируемых реакциях взаимо- ного типа в динамическом вакууме. Плотность потоков пара компонентов (пересыщение) и соотношение действия стехиометрических дефектов и легирующих паровых видов (нестехиометричность паровой среды в (фоновых) примесей. Обойти упомянутые ограничения, накладываемые фазовыми диаграммами, а также по- зоне синтеза) задавались нагревом ячеек с компонентами при индивидуальном контроле их температуры давить диффузию точечных дефектов, участвующих в (давления паров). При величине пересыщения паров в образовании устойчивых примесно-дефектных ассоциазоне кристаллизации 103-104 и относительно небольций, призваны альтернативные неравновесные методы ших отклонениях паровой среды в сторону избытка кристаллизации этих соединений.

Cd (PCd > PTe ) на стенках кристаллизатора в темпеРанее [1,2] нами были исследованы свойства кри- ратурном градиенте 550-620C высаживался поликристаллов CdTe, полученных в неравновесных парофазных сталлический конденсат толщиной 2-4 мм со средней процессах, включавших низкотемпературный синтез из скоростью 100 мкм/мин. Поверхность конденсата состоглубокоочищенных исходных компонентов и последуяла из граненых кристаллитов размером до 0.5 мм со ющую очистку соединения в условиях конгруэнтной смешанной ориентацией {110}-{111}. Удельное сопросублимации, движения пара в режиме газодинамичетивление материала при комнатной температуре превыских потоков и повышенной скорости конденсации при шало 107 Ом · см.

низкой температуре. В данной работе для получения Люминесцентные измерения проводились как на обнелегированного объемного CdTe использован неравразцах с естественными поверхностями роста, так и на новесный метод прямого синтеза соединения в потоке прошедших шлифовку и полировку параллельно фронту паров компонентов. Свойства полученного материала кристаллизации с последующим удалением нарушенного исследованы методами низкотемпературного микролюслоя в растворе бромметанола. Для люминесцентной минесцентного спектрального анализа и картирования топографии образцы проходили дополнительную обра(имиджинга), сочетающих высокую чувствительность к ботку селективным травителем E-Ag-1.

содержанию в кристаллах примесей и дефектов, а также локальность измерений. Данные по кристаллографической ориентации получены В.П. Мартовицким, а по удельному сопротивлению — С.А. Колосовым и ¶ E-mail: ushakov@mail1.lebedev.ru А.Ф. Плотниковым.

Микрофотолюминесценция нелегированного теллурида кадмия, полученного неравновесным методом... Для изучения реакции исходного материала на термическое воздействие проводился отжиг образцов в насыщенных парах Cd при 640C в течение 24 ч (равновесные условия).

Измерения выполнялись на автоматизированном микрофотолюминесцентном сканере с возможностью спектрального анализа излучения в выбранных точках на поверхности образцов и их люминесцентного картирования (имиджинга) на заданной длине волны. Сочетание этих методов позволяет не только идентифицировать природу примесно-дефектных центров, но и прояснять механизмы их формирования. Измерения проводились при 100 K. Для возбуждения люминесценции использовался He–Ne-лазер ( = 632.8нм) с систеРис. 1. Спектры микрофотолюминесценции исследованного мой оптической фокусировки. Мощность возбуждения материала при T 100 K с максимальным I0 (1) и минимальна поверхности образца составляла 2.0-3.0мВт при ным 0.03I0 (2) уровнями возбуждения.

диаметре пятна 5 мкм (по уровню 0.5 от максимального значения интенсивности в пятне), что соответствовало 1022 квант/(см2 · с). Для уменьшения уровня возбуждения использовались оптические светофильтры.

Спектральный анализ люминесценции проводился монохроматором МДР 12 (1200 штр/мм), а регистрация осуществлялась охлаждаемым фотоумножителем ФЭУ-83 с синхронным детектированием сигнала. Пространственное сканирование осуществлялось путем перемещения специального стола с криостатом в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно неподвижного возбуждающего лазерного луча по командам управляющего компьютера. Величина шага в данной работе составляла 20 мкм. В процессе люминесцентного сканирования данные измерений выводились на дисплей с цветовой кодировкой интенсивности люминесценции.

Рис. 2. Детальный спектр микрофотолюминесценции исследоПриведенные далее спектры люминесценции скорректи- ванного материала в экситонной области при T 100 K.

рованы на спектральную чувствительность установки.

3. Результаты и их обсуждение Излучение в области 1.4 эВ состоит из двух перекрывающихся полос:

На рис. 1 представлены типичные для температу- а) обычной „самоактивационной“ полосы (в данном ры 100 K спектры люминесценции исследованного случае с максимумом 1.42 эВ), представляющей примесматериала, когда в условиях эксперимента наблюдалось ные (межпримесные) излучательные переходы с учаизлучение в краевой ( 1.58 эВ) и примесно-дефектной стием глубоких акцепторов A-центров (VCd-D, V — ( 1.4эВ) областях.

вакансия, D — дислокация) [4,5];

В краевой части спектра (рис. 2), помимо линии б) так называемой Y -полосы (максимум 1.46 эВ при свободного экситона (X) 1.579 эВ, несмотря на сильное температуре эксперимента), связываемой с излучением температурное уширение, прослеживаются также линии экситонов, локализованных на протяженных дефектах возбужденных экситонных состояний — 1.587 эВ; экси- (вероятно, участках дислокаций), рождающихся в услотонов, связанных на нейтральных акцепторах (A0, X), — виях неравновесной гомо- или гетероэпитаксии [6–9].

1.568 эВ, а на низкоэнергетическом краю — перекры- При межзонном возбуждении зависимости интенсиввающиеся LO фононные повторения линий экситонной ности указанных полос от уровня возбуждения различгруппы. Регистрация связанных экситонов в CdTe при ны: линейная или сублинейная — для примесных и столь высокой температуре ( 100 K) остается в дан- сверхлинейная — для экситонных [3]. Это позволяет при ном случае возможной из-за сверхлинейной зависимо- перекрытии вычленить их в спектре, что и продемонсти интенсивности их излучения от уровня межзонно- стрировано на рис. 1. Следует отметить также, что обычго возбуждения [3] при высоком значении последнего но Y-полоса наблюдается до температуры 70 K [8].

(на 1.5-2 порядка превышающего уровни возбуждения, Регистрация ее в данной работе при T 100 K, как обычно используемые в люминесцентных измерениях). уже указывалось, „обязана“ сверхлинейной зависимости Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 142 В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков Существенным элементом структуры исследованных образцов, представлявших собой поликристаллические структуры с размером монокристаллических зерен до 0.5 мм, являлись межзеренные границы. Вследствие высокой концентрации дефектов для межзеренных границ нередко наблюдаются высокие плотности ловушек, центров рекомбинации и рассеяния носителей заряда [10]. Общеизвестен эффект границ и в сегрегации примесей. Для изучения их роли в формировании свойств полученного материала проводилось низкотемпературное (110 K) монохроматическое картирование образцов с шагом 20 мкм. Для выявления межзеренных границ и дефектов кристаллической структуры внутри зерен поверхность образцов обрабатывалась селективным травителем E-Ag-1. Измерения велись на длинах волн, соответствующих спектральным максимумам на рис. 1. На рис. 3 представлены результаты сканирования области 0.8 0.6 мм с монозерном 400 500 мкм, где помимо фотографии приводятся ее люминесцентные образы на длинах волн краевого ( = 783 нм) и примесного ( = 853 нм) излучения. Все рисунки приведены в одном пространственном масштабе, а для наглядности на „серой“ шкале интенсивности большим значениям соответствует более темный цвет.

Как следует из рис. 3, b, краевое (экситонное) излучение имело в целом повышенную интенсивность вблизи границ монозерна, хотя контраст был невелик (2-3). Это непосредственно означает, что в приграничных областях шириной 20–40 мкм концентрация центров безызлучательной рекомбинации была понижена. В то же время корректное представление об относительной концентрации примесно-дефектных центров можно получить, лишь учитывая вариацию времени жизни неравновесных носителей по сканированной области.

С известной осторожностью это можно осуществить, Рис. 3. Люминесцентная топография материала: a — фоанализируя топограмму отношения интенсивности полотография области размером 0.6 0.8 мм, сканированной с сы 1.4 эВ к интенсивности экситонной полосы (рис. 3, c).

шагом 20 мкм, b — ее люминесцентный образ на длине волны Из этих данных следует, что относительно большая краевой полосы ( = 783 нм), c — топограмма отношения концентрация центров с энергией 1.4 эВ наблюдалась интенсивности примесно-дефектной полосы ( = 853 нм) к также на отдельных участках межзеренной границы.

интенсивности краевой полосы ( = 783 нм).

Перечисленные результаты, очевидно, связаны с локальными особенностями кристаллообразования.

Несмотря на внешнее сходство данных рис. 3 с резульинтенсивности от уровня возбуждения и высокому знататами для кристаллов, полученных квазиравновесными чению последнего.

методами [11,12], настоящая ситуация все же коренным Таким образом, несмотря на чрезвычайно высокую образом отличается от них по механизму сегрегации скорость кристаллизации (в 100 раз превосходившую примесей на межзеренных границах. Действительно, значения, типичные для квазиравновесных процессов!), обычные диффузионные процессы в данном случае не значительная интенсивность краевой полосы (в том могут быть эффективными, ибо при скоростях роста числе и при комнатной температуре) с разрешением кристаллитов 100 мкм/мин (20-30 мин на получение спектроскопических деталей внутри ее контура при темвсей структуры) и характерных значениях коэффициенпературах 100 K свидетельствует о высоком качестве тов диффузии основных примесей в CdTe 10-10 см2/с полученного материала. В то же время присутствие в (700C) [13] примесная диффузия могла пройти лишь спектрах Y-полосы есть определенная „метка“, подтвер- на глубину несколько микрометров. Следовательно, ждающая неравновесный характер процессов кристалло- речь должна идти о формировании примесно-дефектных образования. центров на межзеренном интерфейсе непосредственно Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Микрофотолюминесценция нелегированного теллурида кадмия, полученного неравновесным методом... в процессе образования последнего, а не в результате Список литературы последующих диффузионных процессов.

[1] В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков. ФТП, 37, 1067 (2003).

Для изучения реакции примесно-дефектного ансамбля [2] В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков. ФТП, 37, 1298 (2003).

кристаллов на термическое воздействие образцы под[3] T. Schmidt, K. Lischka, W. Zulehner. Phys. Rev., 45, вергались отжигу в условиях избыточного присутствия (1992).

атомов катионной компоненты. Подобный отжиг обычно [4] G. Brunthaler, W. Jantsch, U. Kaufmann, J. Schneider.

используется с целью устранения в кристаллах катионJ. Phys. C, 1, 1925 (1989).

ных вакансий и их ассоциаций с фоновыми примеся- [5] D.M. Hofmann, P. Omling, H.G. Grimmmeiss, B.K. Meyer, K.W. Benz, D. Sinerius. Phys. Rev. B, 45, 6247 (1992).

ми, образующих глубокие компенсирующие акцептор[6] P.J. Dean, G.M. Williams, G. Blackmore. J. Phys. D, 17, ные центры. Кроме того, он приводит к рассасыванию (1984).

содержащихся в образцах преципитатов Te [14]. Ранее [7] S. Fujii, T. Terada, Y. Fujita, T. Iuchi. Jap. J. Appl. Phys., 28, для материала, полученного в неравновесных условиях L712 (1989).

конгруэнтной сублимации соединения и движения пара [8] C. Onodera, T. Taguchi. J. Cryst. Growth, 101, 502 (1990).

в режиме газодинамических потоков, эта процедура при[9] S. Seto, A. Tanaka, F. Takeda, K. Matsuura. J. Cryst. Growth, вела к весьма значительному увеличению интенсивности 138, 346 (1994).

собственного (экситонного) излучения и соответственно [10] Grain Boundaries in Semiconductors, ed. by H.J. Leamy, G.E. Pike and C.H. Seager (N.Y.–Amsterdam–Oxford, Northк уменьшению концентрации центров безызлучательной Holland, 1982).

рекомбинации [1,2]. Однако в данной работе отжиг [11] L.O. Bublac, J. Bajaj, W.E. Tennant, P.R. Newman, D.S. Lo.

образцов в насыщенных парах цинка при 640C в J. Cryst. Growth, 86, 536 (1988).

течение 24 ч оказался малоэффективным. Это означа[12] U. Pal, P. Fernandez, J. Piqueras. Mater. Lett., 23, 227 (1995).

ет, что в исследованном материале безызлучательные [13] D. Shaw. J. Cryst. Growth, 86, 778 (1988).

центры, контролирующие рекомбинационные процессы, [14] J.L. Pautrat, N. Magnea, J.P. Faurie. J. Appl. Phys., 53, имеют иную природу и являются термостабильными (1982).

комплексами.

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.