Фізичні властивості кристалів селеніду цинку, легованих елементами І та V груп

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Чернівецький державний університет ім. Юрія Федьковича

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КРИСТАЛІВ СЕЛЕНІДУ ЦИНКУ, ЛЕГОВАНИХ ЕЛЕМЕНТАМИ І ТА V ГРУП

Чабан Юрій Ярославович

Чернівці - 2000

Анотація

Чабан Ю.Я. Фізичні властивості кристалів селеніду цинку, легованих елементами I та V груп. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. - Чернівецький державний університет ім. Юрія Федьковича , Чернівці, 2000.

Дисертацію присвячено отриманню кристалів селеніду цинку p-типу провідності, комплексному дослідженню їх основних фізичних властивостей і вивченню можливостей практичного використання. Шари ZnSe діркової провідності отримані методом дифузії з парової фази в закритому об'ємі. Встановлені оптимальні температурні умови для отримання мінімального поверхневого опору. Показано, що електричні властивості p-ZnSe контролюються акцепторними рівнями, обумовленими центрами заміщення (As_Se, Sb_Se, Bi_Se) і (Li_Zn, Na_Zn, K_Zn) з енергією активації E_a 100х140 меВ. Легування кристалів n-ZnSe спричинює домінування інтенсивного крайового випромінювання в синій області спектру і суттєве різке зменшення інтенсивності оранжевої смуги (у випадку елементів V групи) або повного її гасіння (у випадку елементів I групи). Показано, що спектри люмінесценції p-ZnSe, при 77 К, складаються з чотирьох складових смуг. Основними механізмами випромінювальної рекомбінації є міжзонна, за участю локальних енергетичних центрів і донорно-акцепторних пар. Використання методу l-модуляції дозволило визначити або уточнити енергетичне положення особливих точок оптичних спектрів.

Ключові слова: селенід цинку, дифузія з парової фази, точкові дефекти, атоми домішок, акцепторні і донорні центри, l-модуляція, механізми випромінювальної рекомбінації.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми.

Розвиток сучасної напівпровідникової оптоелектроніки обумовлює підвищений інтерес до широкозонних ІІ-VІ сполук [1]. Серед них особливе місце займає селенід цинку, ширина забороненої зони (E_g=2,7 еВ при 300 К) якого дозволяє перекрити практично весь видимий діапазон спектру, включаючи і мало освоєну синьо-блакитну область. При цьому головною перешкодою на шляху створення інжекційних джерел спонтанного та вимушеного випромінювання є переважаюча електронна провідність. У зв'язку з цим переважна кількість оригінальних робіт, у тому числі і оглядових, присвячена методам отримання об'ємних кристалів та шарів р-ZnSe і вивченню їх фізичних властивостей.

Дослідження показують, що існує декілька факторів, які визначають електронну провідність матеріалу та малу ймовірність крайового випромінювання. Перший з них полягає у великій кількості власних та неконтрольованих домішкових дефектів, які, як правило, утворюють мілкі донорні і глибокі акцепторні рівні. По-друге, ефект самокомпенсації обмежує температуру, при якій дифузія акцепторних домішок може бути інтенсивною, а їх розчинність достатньою для перекомпенсації електронної провідності. Згідно робіт [1, 2] критична температура для селеніду цинку складає всього 400-500 ⁰С, у зв'язку з чим головна увага дослідників зосереджена на низькотемпературних методах легування. До них відносяться відносно дорогі і складні способи: іонне легування, молекулярно-променева епітаксія, епітаксія за участю токсичних метал-органічних сполук, відпал в активованій парі селену тощо. Крім того, ці методи вимагають досконалих та орієнтованих підкладинок, а у деяких випадках додаткових операцій відпалу і т.п. Відмітимо також, що більшість із згаданих способів не дозволяє отримувати товсті шари з дірковою провідністю. Зазначених недоліків можна уникнути використанням методу дифузії. Основою для цього служать роботи останніх років, наприклад [4, 5], у яких показана можливість отримання шарів р-ZnSe високотемпературним відпалом у середовищі, яке містить мілкі акцепторні домішки.

Незважаючи на перспективність цього методу число досліджень досить обмежене і нараховує не більше десятка робіт. Їх результати носять конкретний характер і тому не дозволяють зробити узагальнюючі висновки про оптимальні умови легування, вибору домішок та їх впливу на ансамбль власних точкових дефектів, величину провідності, склад смуг випромінювання тощо. У зв'язку з цим виникає необхідність проведення систематичних комплексних досліджень з питань технології отримання дифузійних шарів р-ZnSe та їх люмінесцентних властивостей.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною науково-дослідних робіт "Розробка методів одержання діркової провідності в кристалах широкозонних ІІ-VI сполук та дослідження їх фізичних властивостей" та "Дослідження процесів переносу заряду і оптичних явищ в бар'єрних структурах на основі напівпровідникових сполук", які виконувались на кафедрі оптоелектроніки ЧДУ в рамках Координаційного плану НДР Міносвіти України на 1997-1999 рр. "Фізика конденсованого стану, включаючи метали, напівпровідники, діелектрики та рідини".

Мета роботи полягає у виборі технології та встановленні оптимальних умов отримання діркової провідності у кристалах селеніду цинку при їх легуванні елементами І та V груп, комплексному дослідженню основних фізичних властивостей виготовлених зразків та вивченню можливостей практичного використання.

Задачі досліджень:

- Вибір технологічного методу та оптимальних режимів легування кристалів ZnSe елементами І та V груп періодичної системи.

- Проведення комплексних досліджень електрофізичних, оптичних та люмінесцентних властивостей р-типу шарів ZnSe у залежності від технологічних умов їх отримання.

- Встановлення ролі легуючих домішок у процесах формування центрів свічення і механізмів випромінювальної рекомбінації.

- Визначення областей практичного використання отриманих зразків.

Наукова новизна результатів, одержаних в дисертаційній роботі полягає в тому, що в ній вперше:

1. Визначені технологічні умови легування кристалів селеніду цинку елементами І та V груп для отримання діркової провідності.

2. Визначено енергетичне положення електрично-активних та рекомбінаційних центрів, до складу яких входять домішкові та власні точкові дефекти кристалічної гратки.

3. Встановлено зв'язок між параметрами крайових смуг люмінесценції (положення максимуму, інтенсивність, напівширина) та параметрами легуючих домішок (тип, іонний радіус тощо).

4. Використання методів електро- та l-модуляції для дослідження спектрів пропускання, відбивання і випромінювання дозволило визначити або уточнити енергетичне положення їх особливих точок.

5. Встановлена роль міжзонної, домішкової та донорно-акцепторної рекомбінацій у формуванні люмінесцентного випромінювання дифузійних шарів p-ZnSe.

Практичне значення одержаних результатів:

1. Показано перспективність використання методу дифузії в закритому об'ємі для отримання кристалів селеніду цинку діркової провідності.

2. Встановлено температурний діапазон дифузії у якому досягається максимальна діркова провідність при легуванні ZnSe елементами І та V груп.

3. Знайдені умови виготовлення p-ZnSe з різною величиною провідності та спектральним складом випромінювання можуть бути використані при створенні шарів р-типу на інших матеріалах з монополярною провідністю, а також при розробці відповідних приладів та пристроїв.

Публікації і особистий внесок дисертанта. По результатах дисертації опубліковано 11 робіт, перелік яких приведений в кінці автореферату. В усіх наукових роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить виготовлення експериментальних зразків p-ZnSe [1-3, 7, 8, 10], дослідження їх фізичних властивостей та проведення обробки експериментальних даних [4-6, 9, 11]. Крім того, здобувач приймав безпосередню участь в обговоренні одержаних результатів та написанні статей.

Апробація результатів роботи. Основні результати досліджень викладені в дисертаційній роботі доповідались і обговорювались на конференціях:

Second International School-Conference "Physical Problems in Material Science of Semiconductors " (Chernivtsi, 1997);

Third International conference on Physical Problems in Material Science of Semiconductors. (Chernivtsi 1999);

Международная конференция, посвященная методам рентгенографической диагностики несовершенств в кристаллах, применяемых в науке и технике. (Черновцы 1999).

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатку. Робота викладена на 150 сторінках, включає 42 рисунки, 5 таблиць і список літератури (95 джерел).

2. Основний зміст роботи

кристал селенід цинк легування

У вступі обговорюється актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано задачі досліджень, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, приведено дані про апробацію роботи, публікації та особистий внесок дисертанта.

Перший розділ присвячено огляду літератури по темі дослідження. Розглянуто основні технологічні методи отримання діркової провідності у селеніді цинку. Проведено аналіз електричних і оптичних властивостей p-ZnSe і впливу на них різного типу домішок. Відмічено, що проведені дослідження кристалів p-ZnSe, не дозволяють з повною визначеністю вирішити питання як про природу центрів свічення, утворених при легуванні елементами І та V груп, так і про механізми випромінювальної рекомбінації. В кінці розділу приведені короткі висновки по літературному огляду.

У другому розділі описані технологічні способи виготовлення шарів p-ZnSe і омічних контактів до них, методики досліджень електричних, оптичних і люмінесцентних властивостей, а також основні характеристики вихідних кристалів і електрофізичні властивості об'єктів досліджень.

Селенід цинку діркової провідності отримувався методом дифузії домішок I (Li, Na, K) та V (As, Sb, Bi) груп з парової фази в закритому об'ємі. Даний технологічний метод є достатньо економічний та екологічно чистий.

В якості вихідних використовувалися спеціально нелеговані кристали селеніду цинку, отримані з розплаву під тиском інертного газу. В області кімнатних температур їм притаманна слабка електронна провідність s_n »10^-8?10^-12 Ом^-1?см^-1, яка за результатами досліджень електропровідності контролюється донорними рівнями з енергією активації Е_а 30 і 600 меВ. Спектр фотолюмінесценції (ФЛ) при 300 К характеризується домінуючою інтенсивною оранжевою смугою з ћw_m=1,98 еВ. Вона визначається рекомбінацією на донорно-акцепторних парах (ДАП), утворених власними точковими дефектами (ВТД) кристалічної гратки (акцептори) і (донори). Синя смуга з ћw_m=2,68 еВ є малоінтенсивною і обумовлена рекомбінацією локалізованих на донорних рівнях (Е_а»30 меВ) електронів з вільними дірками [3]. Спектри оптичного пропускання базових зразків рівномірні за інтенсивністю, без особливостей, від енергій фотонів 1,0 еВ до 2,7 еВ, при яких спостерігається різке спадання інтенсивності внаслідок зон-зонного поглинання.

Вихідні кристали ZnSe розрізалися на підкладинки розміром 4х4х1 мм³, проходили попередню технологічну підготовку (шліфовку, поліровку і хімічне травлення). Відпал підкладинок проводився в замкнутому об'ємі (кварцевій ампулі) при рівноважному тиску парів легуючих домішок. Джерелами дифузантів служили солі Li₂СO₃, Na₂СO₃, K₂СO₃ і елементарні As, Sb, Bi. Відпал в парі вказаних дифузантів супроводжується утворенням поверхневих шарів p-типу провідності, про що свідчать дослідження термо-е.р.с. і вольт-амперні характеристики (ВАХ) контактів Cu-p-ZnSe, отриманих хімічним осадженням міді. Такі контакти, виготовлені на зразках n-типу, утворюють випростовуючі бар'єри з яскраво вираженою нелінійністю ВАХ.

Варіація температури відпалу Т_в в широких межах дозволила виявити оптимальні умови (Т_в 1100х1200 К) для отримання мінімального поверхневого опору легованих кристалів (рис. 1). Їх електричні властивості визначають акцепторні рівні (As_Se, Sb_Se, Bi_Se) і (Li_Zn, Na_Zn, K_Zn) з енергією активації Е_а 100х140 меВ (табл. 1). Вказані значення енергетичних параметрів центрів заміщення узгоджуються з результатами досліджень l-модульованих спектрів пропускання і відбивання. Зокрема спектри відбивання (рис. 2) свідчать про те, що технологічний процес отримання р-типу провідності не супроводжується утворенням сторонніх сполук на поверхні монокристалів селеніду цинку. Виявлені у базових та відпалених зразках енергетичні рівні з Е_а 30 меВ і Е_а 200 меВ утворені ВТД кристалічної гратки (, Se_i, ) [3].

Електрофізичні, оптичні і люмінесцентні властивості досліджувались за описаними загальновідомими методиками.

Важливе місце при дослідженні фізичних властивостей отриманих зразків займає метод l-модуляції [6].

Використання методів модуляційної спектроскопії дозволило виявити тонку структуру оптичних спектрів, уточнити положення максимумів та в комплексі з іншими незалежними методиками більш точно визначити енергетичні параметри і характеристики об'єктів досліджень. Це сприяло однозначній інтерпретації механізмів випромінювальної рекомбінації в кристалах p-ZnSe.

Третій розділ присвячений дослідженню впливу елементів V групи періодичної системи (As, Sb, Bi) на люмінесцентні властивості p-ZnSe, вивченню ролі легуючих домішок у процесах утворення акцепторних центрів, а також механізмів рекомбінаційних процесів, що відповідають за формування випромінювання.

Легування вихідних кристалів селеніду цинку елементами V групи супроводжується отриманням шарів р-типу провідності з інтенсивним домінуючим крайовим випромінюванням в синій області спектру. Природа останнього обумовлена дифузією домішкових атомів у вузли аніонної підгратки, внаслідок чого вони "заліковують" вакансії селену та виштовхують атоми Se в міжвузловини. При цьому утворюються два типи акцепторів: центри заміщення (As_Se, Sb_Se, Bi_Se) і міжвузловинний селен Se_і. Експериментально це підтверджується наявністю двох смуг в спектрах ФЛ при 77 К, з максимумами при ћw_m=2,685х2,695 еВ (в залежності від типу легуючої домішки) і ћw_m=2,78 еВ, відповідно. З підвищенням температури ці дві смуги розширюються і при 300 К накладаються, утворюючи одну суцільну синю смугу люмінесценції.

В спектрах ФЛ шарів p-ZnSe, легованих домішками As, Sb, Bi, поряд з синьою смугою присутня слабка за інтенсивністю оранжева смуга з ћw_m=1,98 еВ при 300 К. У вихідних кристалах n-ZnSe вона має домінуючий характер і обумовлена рекомбінацією за участю ДАП, утворених ВТД кристалічної гратки селеніду цинку - і . Зменшення інтенсивності оранжевої смуги внаслідок легування елементами V групи пояснюється процесом "заліковування" вакансій селену атомами домішок.

Спостерігається послідовне зростання інтенсивності синьої і гасіння оранжевої смуг при збільшенні r_a. Це вказує на те, що концентрація утворених елементами V групи акцепторних центрів заміщення і компенсованих власних дефектів в першому наближенні визначається атомним радіусом r_a легуючої домішки.

Дослідження і детальний аналіз випромінювання при 77 К в широкому діапазоні енергій фотонів 1,70-2,85 еВ показало, що спектри ФЛ p-ZnSe складається з чотирьох смуг, які умовно позначені символами А_V, В_V, С_V, D_V з індексом, який вказує на їх приналежність до зразків, легованих елементами V групи. Відносний вклад кожної з них в сумарне випромінювання визначається типом домішки і умовами досліду. Разом з тим кожній з смуг притаманні свої характерні риси незалежно від об'єкту досліджень.

Смуга А_V спостерігається на всіх зразках в області енергій фотонів ћw >E_g. Її спектральний розподіл добре апроксимується відомим виразом для міжзонної рекомбінації [3]:

(1)

Слід підкреслити, що на спектрах ФЛ, виміряних загально прийнятою методикою, зон-зонна рекомбінація не виявляє себе ніякими особливостями.

Проте дослідження ФЛ методом l-модуляції однозначно вказує на наявність смуги А_V. Положення її максимуму добре узгоджується з кривою, яка отримана диференціюванням теоретичного виразу (1). Контур смуги А_V і положення її максимуму не залежать від рівня збудження L у виміряному діапазоні його зміни - 10¹⁵-10¹⁸ фот/с. Інтенсивність випромінювання І в максимумі залежить від L за лінійним законом І f (L) з ступінню лінійності - 1.

Крайове випромінювання в синій області спектру характеризується наявністю двох смуг - В_V та С_V. Першій з них притаманні наступні властивості: а) симетричність контуру з напівшириною близькою до 2 kT; б) незалежність положення максимуму ћw_m=2,78 еВ при 77 К від рівня збудження; в) різниця енергій E_g-ћw_m 0,03 еВ.

Останнє узгоджується з енергією активації мілких акцепторів, обумовлених міжвузловинними атомами селену. Згідно моделі Шена-Клазенса [7] ФЛ в цьому випадку викликана випромінювальними переходами вільних електронів на акцепторні рівні Se_і.

Смуга С_V домінує в крайовому випромінюванні і обумовлена рекомбінаційними процесами за участю центрів заміщення (As_Se, Sb_Se, Bi_Se). Положення її максимуму узгоджується з енергією іонізіції відповідних акцепторів і не залежить від рівня збудження L. Разом з тим смуга С_V є асиметричною з крутим високоенергетичним і пологим низькоенергетичним спадами. Дослідження l-модульованої ФЛ виявили еквідистантні перегини, з відстанню ~0,03 еВ, яка узгоджується з енергією LO-фонону в ZnSe [2].

В цілому рекомбінаційні процеси відбуваються за участю електрон-фононної взаємодії акцепторних центрів з ближньою зоною. В цьому випадку спектр випромінювання смуги С_V включає основну безфононну смугу і складові елементарні смуги, які відповідають n-фононним повторенням. Спектральний розподіл в цьому випадку описується сумою складових смуг [9]:

(2)

де - енергія LO-фонону. Параметр s зв'язаний з напівшириною безфононної смуги співвідношенням:

(3)

Дослідне значення s² становить 3х10^-4 еВ². Відносна інтенсивність смуг (n+1) серії, яка виникає внаслідок емісії фотона і n LO-фононів, визначається співвідношенням [1]:

(4)

де є міра інтенсивності електрон-фононної взаємодії. Вона визначається з досліду як і в нашому випадку складає 0,71. Підставляючи вказані параметри у вираз (2) розраховано елементарні складові і форма смуги С_V. Найкраще співпадання теоретичних і експериментальних результатів отримуються, якщо врахувати випромінювання чотирьох LO-фононів.

Смуга D з ћw_m=1,98 еВ характеризується великою напівшириною (~150 меВ), яка слабко залежить від температури Т (при фіксованому значенні рівня збудження L). Збільшення L при Т= const обумовлює зсув ћw_m в область більших енергій фотонів. Точні значення ћw_m дозволив визначити метод l-модуляції. Вказані особливості смуги D свідчать про участь в її формуванні ДАП [7]. До їх складу входять ВТД кристалічної гратки - (акцептори) і (донори). Відомо, що ДАП утворюються при перекритті хвильових функцій донорів і акцепторів, які визначаються їх борівськими радіусами [8]:

(5)

При e =8,8, =0,17m_o і =0,6m_o [2] з (5) отримується значення R_d 27,5 Е і R_а 7,7 Е. Таким чином, ДАП утворюються на відстанях R_i < R_d+R_a=35,2 Е. Енергія квантів при цьому описується [7-9]:

(6)

Формування смуги D_V вказаними парами підтверджується узгодженням експериментальних і розрахункових границь області випромінювання. Для E_g=2,818 еВ, Е_а=1,2 еВ, Е_d=0,03 еВ [1,3] і R_i=35 Е значення енергій фотонів ћw=1,70 еВ корелює з низькоенергетичним краєм смуги D_V. При R_i»5,67 Е, яка дорівнює періоду кристалічної гратки ZnSe, високоенергетичний край смуги D_V становить 2,17 еВ.

У четвертому розділі представлені результати досліджень властивостей дифузійних шарів p-ZnSe, легованих елементами І групи (Li, Na, K), формування акцепторних центрів за участю атомів домішок, а також механізми випромінювальної рекомбінації.

Експериментально встановлено, що легування вихідних кристалів селеніду цинку елементами І групи супроводжується повним гасінням оранжевої самоактивованої смуги з ћw_m=1,98 еВ та зростанням інтенсивності крайової смуги з ћw_m=2,68 еВ. Остання обумовлює домінуюче випромінювання в синій області спектру. Його інтенсивність істотно зростає порівняно з крайовою смугою у вихідних кристалах при збільшені радіуса атомів r_a легуючих домішок від Li до K. Це вказує на достатньо складні процеси утворення енергетичних рівнів в процесі легування.

По-перше - відбувається "заліковування" двозарядних вакансій цинку домішковими атомами. Внаслідок цього знешкоджується один з партнерів ДАП - (-), випромінювання за участю яких обумовлює самоактивовану смугу ФЛ вихідних кристалів. Підтвердженням цього є практично повне гасіння цієї смуги.

По-друге - утворюються акцепторні центри заміщення (Li_Zn, Na_Zn, K_Zn). Вони визначають як діркову провідність селеніду цинку, так і процес рекомбінації вільних електронів з локалізованими на акцепторах дірками. Останнє пояснює наявність домінуючої смуги С_І в крайовому випромінюванні ћw_m=2,67х2,69 еВ при 77 К, інтенсивність якої збільшується з ростом r_a.

Положення максимуму цієї смуги визначається типом легуючої домішки і узгоджується з Е_а акцепторних рівнів, визначеною зі спектрів l-поглинання і l-відбивання, а також за дослідженнями електропровідності.

Поряд з цим процесом спостерігається слабке зростання інтенсивності смуги В_І з ћw_m=2,78 еВ в спектрі крайової ФЛ (77 К) при переході від Li до K. Збільшення радіуса атомів легуючих домішок зумовлює додаткову генерацію вакансій селену (Е_а-30 меВ) внаслідок деформації кристалічної гратки. Рекомбінація локалізованих на донорах електронів з вільними дірками і визначає дане випромінювання.

Випромінювальна рекомбінація за участю одиничних рівнів, що обумовлює смуги В_І і С_І, підтверджується низкою характерних особливостей. Серед них найбільш істотними є незалежність положення максимуму спектрів ћw_m від рівня збудження і узгодженість різниці енергій E_g - ћw_m з енергією іонізації центрів рекомбінації [8].

На спектральній залежності N_w (ћw) смуги С_І спостерігаються еквідистантно розташовані перегини, відстань між якими рівна величині LO-фонону з енергією ћw_о - 30 меВ. Форма домішкової смуги добре описується виразом (2) і є сумою елементарних складових смуг. В цілому, при Т=77 К і L=10¹⁶ фот/сек., емісія фотона супроводжується випромінюванням чотирьох LO-фононів.

Наявність протилежно заряджених центрів Na_Zn, K_Zn (акцептор) і (донор) - приводить до утворення ДАП. Про це свідчить ряд особливостей, серед яких найбільш суттєвими є: велика напівширина і зсув максимуму в область більших енергій фотонів при зростанні рівня збудження [7]. У випадку ZnSe<Na>, зокрема, для смуги D_І з ћw_m =2,5 еВ, при Е_g =2,8 еВ, Е_a = 0,03 еВ і Е_d = 0,13 еВ за виразом (6) отримуємо енергію квантів ћw_m=2,5 еВ при відстанні між партнерами ДАП R_i - 23Е. Отримане значення R_i корелює з умовою перекриття хвильових функцій R_i < (R_d + R_a), яка оцінюється за виразом (5) для акцепторних R_а і донорних R_d борівських радіусів [7, 8].

Смуга А_І спостерігається на всіх зразках в області енергій фотонів ћw > E_g. Її спектральний розподіл добре описується відомим виразом для міжзонної рекомбінації (4). На спектрах ФЛ, виміряних за методом l-модуляції, спостерігається особливість на 2,82 еВ. Вона відповідає максимуму диференційованого спектру смуги випромінювання, обумовленого зон-зонними переходами вільних носіїв заряду.

Основні результати та висновки

1. Методом високотемпературної дифузії з парової фази елементів І (Li, Na, K) та V (As, Sb, Bi) груп періодичної системи отримані шари селеніду цинку діркової провідності з домінуючою крайовою люмінесценцією у синій області спектру.

2. Встановлено, що максимальна провідність досягається у температурному діапазоні 1000-1200 К, незалежно від типу дифузанта.

3. Експериментально показано, що атоми As, Sb, Bi при легуванні дифундують у вузли аніонної підгратки і заліковують вакансії селену та виштовхують атоми Se в міжвузловини. Внаслідок цього зменшується концентрація , а також утворюються два типи акцепторних домішкових центрів заміщення (As_Se, Sb_Se, Bi_Se) з енергією активації Е_а 100-130 меВ та Se_i з Е_а 30 меВ. Вони визначають діркову провідність і дві смуги крайового випромінювання з ћw_m=2,685-2,695 еВ і ћw_m=2,78 еВ при 77 К, відповідно.

4. Встановлено, що атоми Li, Na, K займають місця вакансій катіонної підгратки, утворюючи акцепторні центри заміщення (Li_Zn, Na_Zn, K_Zn) з Е_а»120-145 меВ. Вони визначають р-тип провідності і домінуючу при 77 К смугу випромінювання з ћw_m=2,67-2,69 еВ. Збільшення радіуса домішкових атомів обумовлює слабку додаткову генерацію (Е_а-30 меВ) внаслідок деформації кристалічної гратки і зростання інтенсивності більш високоенергетичної крайової смуги з ћw_m=2,78 еВ.

4. Проведено аналіз основних факторів, які визначають еволюцію оранжевої смуги, що домінує у вихідних зразках ZnSe. У зразках, легованих елементами І групи спостерігається повне гасіння цієї смуги випромінювання внаслідок "заліковування" двозарядних від'ємних вакансій цинку. Для елементів V групи має місце суттєве зменшення інтенсивності випромінювання, обумовлене зменшенням концентрації .

5. Доведено, що домінуюча смуга у крайовому випромінюванні (в області енергій фотонів 2,6-2,7 еВ) викликана рекомбінаційними процесами за участю окремих акцепторних центрів заміщення (As_Se, Sb_Se, Bi_Se) та (Li_Zn, Na_Zn, K_Zn). Люмінесценція обумовлена випромінювальними переходами вільних електронів на акцептори за моделлю Шена-Клазенса. Використання методу l-модуляції при вимірюванні спектральних характеристик дозволило встановити, що зазначені смуги формуються при взаємодії з LO-фононами, максимальне число яких може досягати чотирьох.

6. Показано, що смуга випромінювання з ћw_m=2,78 еВ обумовлена переходами носіїв заряду через різні за характером енергетичні стани. У випадку елементів V групи дефекти Se_i утворюють рівні, за участю яких відбувається рекомбінація вільних електронів зони провідності з локалізованими на даних акцепторах дірками. В кристалах ZnSe, легованих елементами І групи, вакансії селену утворюють донорні центри і у цьому випадку має місце рекомбінація локалізованих на донорах електронів з вільними дірками валентної зони, тобто реалізується модель Ламбе-Кліка.

7. Встановлено, що у спектрах люмінесценції дифузійних шарів селеніду цинку присутні смуги випромінювання за участю донорно-акцепторних пар. У випадку елементів V групи вони формуються за рахунок акцепторів і донорів (залишкові вакансії селену). Для шарів, легованих елементами І групи асоціативні комплекси утворюються акцепторними центрами атомів заміщення (Na_Zn, K_Zn) і додатково генерованими .

Цитована література

1. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б. Проблемы создания инжекционных светодиодов на основе широкозонных соединений А²В⁶ // Изв. АН СССР. Сер. физ. - 1985. - №10. - С. 1916-1922.

2. Физика соединений А^ІІВ^VІ / Под. ред. Георгобиани А.Н. и Шейнкмана М.К. -М.: Мир, 1986. - 320 с.

3. Недеогло Д.Д., Симашкевич А.В. Электрические и люминесцентные свойства селенида цинка. - Кишинев: Штиинца, 1984. - 150 с.

4. Березовский М.М., Махний В.П., Мельник В.В. Влияние примесей Li, Cd, In и As на оптоэлектронные свойства ZnSe // Неорганич. матер.- 1997.- 33, - 2. - С. 181-183.

5. Краснов А.Н., Ваксман Ю.Ф., Пуртов Ю.Н., Сердюк В.В. Получение дырочной проводимости в монокристаллах селенида цинка // ФТП. - 1992. - 26, №6. - С. 1151-1152.

6. Кардона М. Модуляционная спектроскопия / Пер. с англ. под ред. А.А. Каплянского. - М.: Мир, 1972. - 461 с.

7. Сердюк В.В., Ваксман Ю.Ф. Люминесценция полупроводников. - Киев; Одесса: Выща школа, 1988. - 200 с.

8. Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. - Минск: Наука и техника, 1975. - 464 с.

9. Физика и химия соединений А^ІІВ^VІ / Пер. с англ. под ред. С.А. Медведева. - М.: Мир, 1970. - 624 с.

Размещено на Allbest.ru