WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 2 Структура центров и механизмы высокотемпературного голубого излучения селенида цинка © Г.Н. Иванова, В.А. Касиян, Н.Д. Недеогло, Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич Молдавский государственный университет, 277009 Кишинев, Молдова (Получена 19 ноября 1996 г. Принята к печати 7 июня 1997 г.) Изучены особенности температурного гашения интенсивности полос краевого излучения кристаллов nZnSe, отожженных в различных средах (вакуум, Zn, Se) в широком интервале температур. Обнаружена смена механизмов высокотемпературной экситонной люминесценции в коротковолновой области спектра (443 нм) с ростом температуры кристалла. Показано, что характер температурного гашения длинноволновой полосы краевого излучения (458 нм) свидетельствует о диссоциации ассоциативных центров свечения с ростом температуры образца.

Введение Экспериментальные результаты и их обсуждение Участие экситонов в формировании наиболее коротковолновых полос высокотемпературного краевого изВлияние среды и температуры отжига кристаллов лучения селенида цинка обсуждалось при исследовании n-ZnSe на спектры ФЛ при 82 K показано на рис. 1, a электро- [1], катодо- [2] и фотолюминесценции (ФЛ) [3] и b соответственно. Видно, что независимо от среды и кристаллов. Отмечалось, что при температурах, близтемпературы отжига наблюдаются две узкие полосы A ких к темпераутре жидкого азота, наиболее коротко(443 нм, 2.799 эВ) и B (458 нм, 2.707 эВ) голубого излуволновое излучение с энергией 2.787 эВ обусловлено чения. В исходном кристалле полоса B имеет очень марекомбинацией свободных экситонов [3]. По мере лую интенсивность. Отжиг кристаллов в жидком цинке увеличения температуры роль свободных экситонов в практически полностью гасит эту полосу, в то время как формировании полос краевого излучения ослабляется, отжиг в вакууме, а тем более в жидком селене, приводит и определяющим механизмом становится рекомбинация к значительному росту интенсивности данной полосы экситонов, связанных на ионизированных мелких доноФЛ. Интересно отметить, что отжиг кристаллов в вакурах [2]. Было высказано также предположение о том, что уме по своему воздействию на интенсивность B-полосы более низкоэнергетическая полоса голубого излучения аналогичен отжигу в жидком Se с несколько меньшей с максимумом при 2.706 эВ обусловлена рекомбинацией эффективностью. Можно предположить, что в процессе свободного электрона с дыркой на акцепторе [3].

высокотемпературного отжига кристаллов ZnSe в вакуОбнаруженные в данной работе особенности темпеумированной ампуле межузельные атомы Se выходят из ратурного гашения этих полос в спектрах излучения кристалла, создавая паровую среду в ампуле, и кристалл кристаллов n-ZnSe, отожженных в различных средах, отжигается в парах селена. Наиболее коротковолновая позволяют с большей определенностью обсуждать меA-полоса ФЛ имеет малую полуширину ( 4-5нм) и ханизмы излучательной рекомбинации и структуру ценлокализована в области экситонного излучения.

тров свечения, ответственных за наблюдаемые полосы С увеличением температуры отжига кристаллов в высокотемпературного излучения.

расплаве Se от 400 до 950C интенсивность B-полосы возгорается, а интенсивность A-полосы уменьшается (рис. 1, b). Полуширина и спектральное положение наИзготовление образцов и условия блюдаемых полос ФЛ не зависят от температуры отжига эксперимента кристаллов.

Отжиг кристаллов ZnSe в расплаве Se при различВ интервале температур от 82 до 400 K исследовались ных температурах не изменяет характер температурной спектры исходных высокоомных кристаллов n-ZnSe, поэволюции спектров ФЛ. На рис. 2 приведена темпералученных из расплава, а также кристаллов, отожженых в турная эволюция спектров ФЛ кристаллов ZnSe после вакууме и в расплавах цинка и селена в течение 100 ч при отжига в расплаве Se при 500C (a) и 950C (b).

950C. В случае селеновой среды температура отжига Видно, что увеличение температуры образца приводит варьировалась в интервале от 400 до 900C с шагом в 100C. По окончании всех отжигов образцы резко охла- к уменьшению интенсивности полос голубого излучения и их смещению в длинноволновую область спектра.

ждались до комнатной температуры. ФЛ возбуждалась монохроматическим светом от монохроматора VSU-1 Интенсивность b-полосы гасится значительно быстрее, с галогенной лампой, либо излучением лазера ЛГИ-21 чем интенсивность A-полосы.

длиной волны 337 нм. Спектры ФЛ исследовались с по- Зависимости интенсивности A-полосы излучения мощью монохроматора МДР-23 с линейной дисперсией от обратной температуры для кристаллов ZnSe : Se, 14 /мм в области длин волн от 430 до 500 нм. отожженных при различных температурах, приведены Структура центров и механизмы высокотемпературного голубого излучения селенида цинка между шириной запрещенной зоны (Eg = 2.812 эВ при 77 K [1]) и энергий в максимуме A-полосы (hmax = 2.793 эВ) составляет 19 мэВ, а, во-вторых, энергия температурного гашения этой полосы в области низких температур составляет (14–17) мэВ. Видно, что обе эти величины близки к энергии связи свободного экситона, которая принимает значения в пределах от 16 [4] до 24 мэВ [5]. На экситонную природу этой полосы указывает и то обстоятельство, что отжиг кристаллов ZnSe в жидком цинке, способствующий совершенствованию кристаллической решетки, сильно увеличивает интенсивность A-полосы (рис. 1, a).

При температурах выше 150 K мелкие доноры в ZnSe находятся в ионизированном состоянии, что способствует образованию экситонов, связанных на ионизированных донорах. Энергия активации температурного гашения интенсивности A-полосы в этой области температур складывается из энергии ионизации мелкой донорной примеси (Ed 20 мэВ) и энергии связи экситона с ионизированным донором (Eb = Eg-hmax(A) (23-25) мэВ при 260 K), определенной из сопоставления зависимостей температурного смещения максимума этой полосы и ширины запрещенной зоны. В ZnSe такими мелкими донорами могут быть VSe (14 мэВ), AlZn (19.5 мэВ), GaZn Рис. 1. Влияние среды (a) и температуры отжига (b) кри(22 мэВ), InZn (24 мэВ) [6].

сталлов n-ZnSe на спектры краевого излучения. T = 82 K.

Температура, при которой кривая температурноa) 1 — исходный кристалл; 2–4 — отожженный в жидком Zn, го гашения интенсивности A-полосы изменяет наклон в вакууме и в жидком Se. b) температура отжига в жидком Se Ta, C: 1 — неотожженный, 2 — 400, 3 — 700, 4 — 800, 5 — 950.

на рис. 3. В полулогарифмическом масштабе эти зависимости представляют собой прямые линии с двумя наклонами. Наличие двух наклонов обычно указывает на донорно-акцепторный механизм излучательной рекомбинации. Однако нами установлено, что энергетическое положение A-полосы не зависит от интенсивности возбуждения во всем исследованном интервале температур, что исключает донорноакцепторный механизм рекомбинации.

Из рис. 3 видно, что энергия активации температурного гашения люминесценции при низких температурах (T < 120-150 K) составляет (14–17) мэВ и изменяется незначительно с ростом температуры отжига кристаллов от 400 до 800C. Увеличение температуры отжига до 950C приводит к уменьшению значения этой энергии до 10 мэВ. В области высоких температур энергия активации температурного гашения люминесценции также слабо зависит от температуры отжига и составляет (42–43) мэВ, уменьшаясь до 35 мэВ при температуре, равной 950C. С ростом температуры отжига кристаллов ZnSe : Se наблюдается уменьшение температуры излома кривых при переходе от низкотемпературного гашения к высокотемпературному, указанной стрелками на рис. 3.

Рис. 2. Температурная эволюция спектров ФЛ кристаллов Мы полагаем, что при низких температурах A-полоса ZnSe, отожженных в жидком Se при 550C (a) и 950C (b).

обусловлена аннигиляцией свободных экситонов. Такое T, K: a) 1 — 82, 2 — 103, 3 — 112, 4 — 140, 5 — 174, 6 — 263.

предположение основано на том, что, во-первых, разница b) 1 — 82, 2 — 107, 3 — 158, 4 — 201.

4 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 180 Г.Н. Иванова, В.А. Касиян, Н.Д. Недеогло, Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич (рис. 3), соответствует равному вкладу в интенсивность Зависимость интенсивности B-полосы излучения от данной полосы обоих указанных выше механизмов эк- обратной температуры при различных температурах ситонного излучения. Смещение этой температуры к отжига кристаллов ZnSe в жидком Se приведена на низким значениям с увеличением температуры отжига рис. 4. Отсутствие смещения максимума этой полосы от кристаллов сопровождается уменьшением интенсивно- интенсивности возбуждения, как и в случае A-полосы, сти A-полосы. Это уменьшение интенсивности полосы позволяет исключить донорно-акцепторный механизм экситонной люминесценции обусловлено возрастающей формирования данной полосы ФЛ. Наличие двух наролью канала рекомбинации через связанные экситоны клонов на кривой температурного гашения интенсивнос увеличением температуры отжига кристаллов. По- сти B-полосы свидетельствует об изменении структуры скольку концентрация мелких ионизированных донорных центра свечения с ростом температуры кристалла при примесей, в число которых входят и VSe, уменьшается сохранении постоянного механизма излучательной рес ростом температуры отжига в Se за счет заполнения комбинации. Мы полагаем, что при низких температурах вакансий селена, интенсивность излучения, обусловлен- имеет место рекомбинация свободного электрона с дырного рекомбинацией связанных экситонов, уменьшается, кой, локализованной на ассоциативном центре (VZnD).

приводя к общему снижению интенсивности A-полосы Включение собственного дефекта VZn в состав ассоциата свечения. На преобладающую роль VSe в качестве дефек- можно аргументировать тем, что при отжиге кристаллов та, связывающего экситоны при высоких температурах в жидком Se, приводящем к росту концентрации VZn, отжига кристаллов ZnSe, указывает уменьшение энергии интенсивность B-полосы резко возрастает, особенно при активации высокотемпературного гашения A-полосы, на- высоких температурах отжига, когда скорость генерации блюдаемое в кристаллах, отожженых при 950C (рис. 3). дефектов такого типа велика (рис. 1, b). В качестве доРис. 3. Зависимости интенсивности A-полосы излучения Рис. 4. Зависимости интенсивности B-полосы излучения кристаллов ZnSe : Se от обратной температуры. Ta, C: 1 — 400, кристаллов ZnSe : Se от обратной температуры. Ta, C: 1 — 400, 2 — 500, 3 — 700, 4 — 800, 5 — 950. Цифры у различных 2 — 700, 3 — 800, 4 — 950. Цифры у различных участков участков зависимостей — энергия активации, мэВ. зависимостей — энергия активации, мэВ.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Структура центров и механизмы высокотемпературного голубого излучения селенида цинка ная, т. е. в координатах lg IPL = f (lg Iex) эта зависимость представляет собой прямую линию с наклоном = 1, то имеет место внутренний механизм гашения, а при >реализуется внешний механизм гашения [7]. Из рис. видно, что в широком интервале температур ЛЯХ близка к линейной и, следовательно, можно полагать, что температурное гашение интенсивности B-полосы осуществляется по внутреннему механизму. По-видимому, этим можно объяснить малые значения энергии активации температурного гашения интенсивности B-полосы как в области низких, так и в области высоких температур.

Полученные значения энергии активации термического гашения в этом случае не равны глубине залегания ассоциативных акцепторов (VZnD) или простых акцепторов VZn. К примеру, глубина залегания собственного дефекта VZn (Ea(VZn) 0.6эВ[8]) на порядок превышает энергию активации температурного гашения интенсивности B-полосы ( 0.06-0.07 эВ), обусловленной, на наш взгляд, центрами свечения именно такого типа в области высоких температур.

Список литературы [1] M. Yamoguchi, A. Yamomoto. Japan. J. Appl. Phys., 16, (1977).

[2] В.С. Вавилов, Ву Зоан Мьен, Г.Н. Иванова, Д.Д. Недеогло, М.В. Чукичев, А.В. Симашкевич. ФТТ, 26, 1457 (1984).

[3] Г.Н. Иванова, Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич, К.Д. СушРис. 5. Люкс-яркостная характеристика B-полосы излучения кевич. ЖПС, 30, 459 (1979).

кристалла ZnSe : Se. Ta = 950C. T, K: 1 — 82, 2 — 126, [4] Б.В. Новиков, Г. Роппишер, В.Г. Талалаев. ФТТ, 21, 3 — 166. Угол наклона прямых : 1, 2 —1; 3 —1.2.

(1979).

[5] T. Ido, M. Kato, A. Yoshida. J. Phys. D, 11, 15 (1978).

[6] Г.Н. Иванова, Д.Д. Недеогло, Б.В. Новиков, В.Г. Талалаев.

ФТТ, 23, 2693 (1981).

нора, входящего в состав ассоциативного центра, могут [7] И.Б. Ермолович, А.М. Павелец, Л.Н. Ханат. ЖПС, 31, быть элементы III и VII групп (Al, Ga, In, Cl).

(1986).

По мере увеличения температуры кристалла вы[8] J. Jacobs, H. Arnold. Krist. u. Technik., 10, K71 (1975).

ше (100–120) K имеет место термическая диссоциация сложного акцептора на простой акцепторный центр VZn Редактор В.В.Чалдышев и донорный центр. Глубина залегания простого ценThe structure of centres and mechanizms тра VZn относительно потолка валентной зоны больше, of high-temperature blue luminescence чем ассоциативного (VZnD), что и приводит к большей энергии активации температурного гашения B-полосы of zinc selenide в высокотемпературной области ( 70 мэВ) (рис. 4).

G.N. Ivanova, V.A. Kasiyan, N.D. Nedeoglo, Освободившиеся после распада ассоциативных акцептоD.D. Nedeoglo, A.V. Simashkevich ров доноры в области температур выше (100–150) KнаState University of Moldova, ходятся преимущественно в ионизированном состоянии, 277009 Kishinev, Moldova что увеличивает вероятность образования экситонов, связанных на ионизированных донорах, и усиливает вы

Abstract

Peculiarities of the temperature quenching of the сокотемпературный канал рекомбинации A-полосы. Поintensity of edge luminescence bands of n-ZnSe crystals that were видимому, это способствует более медленному темпераannealed in different media (the vacuum, Zn, Se) have been studied турному гашению A-полосы и проявлению ее в спектрах in a wide temperature range. Change of the high-temperature ФЛ исследуемых кристаллов вплоть до комнатной темexciton luminescence mechanizms in the short-wave region of пературы.

spectrum (443 nm) with the crystal temperature rise has been На рис. 5 приведены зависимости интенсивности observed. It is shown that the character of the temperature B-полосы от интенсивности возбуждения, так называquenching of the long-wave edge luminescence band (458 nm) is an емые люкс-яркостные характеристики (ЛЯХ), которые evidence in favour of the dissociation of associative luminescence несут вполне определенную информацию о механизме centres as the sample temperature increases.




© 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.