Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 7 Изменение электрических и фотоэлектрических свойств твердых растворов Mg0.15Cd0.85Te под действием импульсного излучения лазера из области прозрачности кристаллов й А. Байдуллаева, Е.Ф. Венгер, А.И. Власенко, А.В. Ломовцев, П.Е. Мозоль Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина (Получена 18 сентября 2001 г. Принята к печати 30 октября 2001 г.) Исследованы изменения равновесной проводимости, фотопроводимости образцов Mg0.15Cd0.85Te от плотности мощности импульсного излучения лазера из области прозрачности кристаллов. Обнаружено увеличение фотопроводимости, сдвиг длинноволновой границы фотопроводимости в сторону больших энергий.

Установлено, что изменение электрических свойств кристаллов обусловлено увеличением концентрации доноров в приповерхностной области кристаллов с энергиями ионизации E1 = 0.015 эВ и E2 = 0.035 эВ.

Рассмотрены и проанализированы возможные причины и механизмы изменения фотоэлектрических свойств кристаллов AIIBVI, подвергнутых лазерному облучению.

Твердые растворы MgxCd1-xTe относятся к числу ма- кварцевых ампулах. Молярная концентрация устанавлило изученных соединений AIIBVI, которые как отмечено валась методом рентгенофазового анализа.

в работах [1,2], перспективны для создания светодиодов. Для исследования темновой проводимости и фотопроПоскольку их функциональные параметры определяют- водимости (ФП) приготавливались образцы размерами ся в основном электрическими и фотоэлектрическими 221мм3. Контакты наносились на торцы образца. Для свойствами материалов, представляет интерес изучение измерения распределения дефектов по толщине образцы возможности управления этими свойствами. послойно стравливались в полирующем травителе.

Как показали проведенные нами исследования, эф- Образцы обрабатывались при комнатной температуре импульсами излучения неодимового лазера с энергией фективным способом управления электрофизическими свойствами материала является облучение его импуль- фотонов h = 1.17 эВ (из области прозрачности кристаллов) длительностью = 1.5 10-8 с при плотности сами излучения лазеров наносекундной длительности из мощности ниже порога разрушения материала, при кообласти фундаментального поглощения света [3,4], так торой нагрев образца был незначительным, до 40C [5].

как собственные дефекты кристаллической структуры, При облучении кристаллов Mg0.15Cd0.85Te наблюдавозникающие при облучении, оказывают на свойства лось увеличение d, ph в 10-10-3 раз (d и ph Ч соединений AIIBVI не меньшее влияние, чем примеси.

соответственно проводимость в темноте и при освеПри облучении монокристаллов Mg0.20Cd0.80Te излущении видимым светом лампы накаливания, освещенчением рубинового лазера из области фундаментального ность 500 к) (рис. 1). Как видно из рисунка, d и ph поглощения света наблюдалось изменение электрофизис ростом числа импульсов излучения N при плотности ческих свойств, которое обусловлено как образованием мощности I = 5МВт/см2 (ниже некоторой пороговой) пленки Te на поверхности кристаллов, так и увеличением концентрации мелких водородоподобных доноров с энергией ионизации E1 = 0.015 эВ и образованием более глубоких доноров с энергией ионизации E2 = 0.035 эВ.

Обнаружено образование слоя с большей шириной запрещенной зоны в приповерхностной области кристаллов, что обусловлено обеднением твердых растворов кадмием и связано с меньшей энергией связи Cd по сравнению с Mg в подрешетке металла твердого раствора Mg0.20Cd0.80Te.

В настоящей работе объектом исследований являлись монокристаллы Mg0.15Cd0.85Te (ширина запрещенной зоны Eg 1.7эВ). Высокоомные объемные монокристаллы с кубической решеткой типа сфалерита были получены методом кристаллизации из расплава, приготовленного путем совместного сплавления компонентов Cd, Рис. 1. Зависимость темновой проводимости d (1, 2) и Mg и Te в соответствующих атомных соотношениях в фотопроводимости ph (3, 4) образца Mg0.15Cd0.85Te от числа эвакуированных до остаточного давления 10-5 Торр импульсов излучения лазера N при плотности мощности, E-mail: baidulla@class.semicond.kiev.ua МВт/см2: (1, 3) Ч5, (2, 4) Ч 20.

3 802 А. Байдуллаева, Е.Ф. Венгер, А.И. Власенко, А.В. Ломовцев, П.Е. Мозоль 300 K значительно увеличивается собственная ФП, так что примесный максимум слабо выделяется на фоне зона-зонного. О примесной природе максимума ФП до облучения свидетельствует тот факт, что особенность на этих энергиях сохраняется после облучения малой дозой, несмотря на то что величина фототока в собственной области (коротковолновое плечо) сильно возрастает.

В спектрах ФП исходного кристалла при T = 77 K (рис. 2, кривая 4) наблюдается разкий коротковолновый спад, обусловленный интенсивной поверхностной рекомбинацией. После лазерной обработки коротковолновый участок спектра становится более пологим (рис. 2, кривая 5), что связано с уменьшением скорости поверхностной рекомбинации облученных образцов (с 105 до 103 см/с) и обусловлено очисткой поверхности кристалла лазерным излучением.

При послойном травлении образцов сдвиг края ФП, рост d и ph после облучения неодимовым лазером происходят неравномерно по объему кристалла, эффекты максимальны у поверхности образца, потом спадают по мере продвижения вглубь, а затем изменяются слабо. Увеличение d в объеме кристаллов значительРис. 2. Спектральные зависимости фотопроводимости исходное, а ph Ч невелико. Толщина очувствленного слоя ного (1, 4) и облученного (2, 3, 5) образцов Mg0.15Cd0.85Te.

Плотность мощности излучения I2 < I3 для 2, 3 соответствен- 5мкм (рис. 3). При послойном травлении образцов но. T, K: (1Ц3) Ч 300; 4, 5 Ч 77.

на глубину 3 мкм величина ФП уменьшается, а форма спектра не изменяется (рис. 4, кривые 3, 4). При дальнейшем травлении образцов форма и край спектра возвращаются к исходному, но величина ФП остается не изменяются (кривые 1, 3). При большой величине I повышенной по сравнению со значением необлученного (выше пороговой) d и ph сначала увеличиваются с образца (рис. 4, кривая 5).

ростом N, затем достигают насыщения (кривые 2, 4).

Анализ спектральных зависимостей фотоотклика Ipc При облучении поверхностно поглощающимся светом (излучение рубинового лазера) спектральные зависимо(рис. 2) исходного образца Mg0.15Cd0.85Te (кривые 1, сти ФП подобны приведенным на рис. 2 (кривые 2Ц4), при температуре T = 300 и 77 K соответственно) и ободнако толщина очувствленного слоя 0.1мкм, что лученного импульсами неодимового лазера (кривые 2, коррелирует с глубиной поглощения 1/K, K Чкопри 300 K и кривая 5 при 77 K, доза облучения D = I N эффициент поглощения света на частоте рубинового соответствовала участку нарастания d и ph) показал, лазера.

что облучение не приводит к появлению новых полос ФП, однако амплитудное значение ее возрастает, наблюдается сдвиг длинноволновой границы ФП в сторону больших энергий. Следует отметить, что исходные кристаллы были сильно неоднородными. Размытие длинноволновой границы спектра ФП как исходного, так и облученного кристаллов составляло 0.11 эВ.

Для выяснения причин смещения максимума ФП осуществлялся сравнительный анализ спектров ФП при и 77 K до и после облучения. Как оказалось, величина смещения при малых (допороговых) дозах облучения различна в разных образцах одного и того же состава и изменяется в пределах 0.0035-0.023 эВ при 77 K. Величина смещения максимума ФП при 300 K составляет 0.1 эВ и превышает смещение максимума ФП при 77 K. Это связано, по-видимому, с тем, что максимум ФП до облучения при 300 K имеет примесРис. 3. Зависимость темновой равновесной проводимоную природу, в то время как при 77 K наблюдается сти d (1, 2) и фотопроводимости ph (3, 4) от толщины стравсобственная ФП. После облучения в спектре ФП при ленного слоя d. Образцы: 1, 3 Чисходные; 2, 4 Ч облученные.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Изменение электрических и фотоэлектрических свойств твердых растворов Mg0.15Cd0.85Te... зультатов лазерного облучения и термических отжигов для различных бинарных соединений AIIBVI [9]. Такое сопоставление показывает, что процессы дефектообразования под действием лазерного облучения в различных полупроводниках AIIBVI обладают рядом общих особенностей.

1. Независимо от длины волны излучения (h > Eg или h < Eg) процессы дефектообразования протекают наиболее интенсивно в приповерхностной области кристаллов.

2. Преимущественный тип образующихся в этой области дефектов Ч вакансии металла (Vm) и халькогена (Vh) (межузельные атомы испараются), и часто соотношение между их концентрациями или соотношение между концентрациями вакансий и примесей определяет величину проводимости. Последнее обусловлено тем, что концентрация вакансий, образующихся в приповерхностной области кристалла, весьма значительна ( 1018 см-3).

3. Результаты воздействия лазерного излучения аналогичны результатам теплового отжига: соотношение Рис. 4. Спектральные зависимости фотопроводимости скоростей испарения металла и халькогена (концентрапри 300 K исходного образца (1), облученного (2) и травленноций Vm и Vh) при лазерном облучении и при термичего (3Ц5) при толщине стравленного слоя 2 (3), 3 (4), 5 мкм(5).

ском отжиге примерно одинаково (например, для CdS в приповерхностной области максимальное значение концентрации электронов n = Vm - Vh 1018 см-3 при В работе [3] показано, что при воздействии на лазерной обработке и при термических отжигах).

кристаллы импульсным излучением рубинового лазера 4. При облучении слабопоглощающимся излучением с h = 1.78 эВ на их поверхности образуется проводяв объеме образцов наряду с вакансиями образуются щая пленка Te p-типа проводимости. В нашем случае межузельные атомы, однако и в этом случае изменение после облучения образцы травились в растворе 1н КОН характеристик кристалла определяется в основном его в метаноле, что приводит к растворению Te без травлеприповерхностной областью.

ния Mg0.15Cd0.85Te.

Проанализируем, как должны изменяться d и ph Оказалось, что после смывки облученные образцы обпосле лазерного облучения при различном соотношении ладают повышенной по сравнению с исходной темновой скоростей удаления металла и халькогена и различном проводимостью n-типа и в них наблюдалась остаточная типе проводимости кристалла. В связи с вышеизлопроводимость. Наличие повышенной проводимости при женным будем рассматривать только приповерхностную стравливании пленки Te свидетельствует об образовании область кристаллов, учитывая только собственные дев этом слое мелких донорных уровней (энергия активафекты. При этом пренебрежем процессами комплексообции 0.015 эВ). Поэтому остаточная проводимость может разования, в том числе образованием скоплений, что для быть объяснена наличием тонкого низкоомного слоя на приповерхностностной области, в которой отсутствуют поверхности высокоомного кристалла [6].

межузельные атомы, в большинстве случаев справедПри травлении CdTe в бромсодержащем полирующем ливо, поскольку именно межузельные атомы способны травителе равновесная проводимость уменьшается, в ее к комплексообразованию вследствие большой подвижтемпературной зависимости появляется наклон, соответ- ности.

ствующий 0.035 эВ.

Рассмотрим следующие случаи.

Уровень 0.015 эВ может быть связан с межузельным 1. Скорость удаления халькогена больше скорости дефектом Cdi или примесями In, Cl [7]. Это означает, удаления металла, т. е. концентрация Vh-доноров больше что при лазерном облучении образуются Cdi или выконцентрации Vm-акцепторов. Если при этом кристалл ходят Cl, In из скоплений. Появление более глубокого имеет проводимость n-типа, то следует ожидать увеличеуровня 0.035 эВ может быть связано, например, с обрания равновесной проводимости и фоточувствительности зованием вакансий VTe [8].

приповерхностной области. В этом случае увеличение Таким образом, изменение электрических свойств фоточувствительности обусловлено тем, что при обкристаллов обусловлено увеличением концентрации до- лучении образуются компенсированные донорами (Vh) норов в приповерхностной области.

центры фоточувствительности. Если кристалл имеет Понять причины изменения электрических и фото- проводимость p-типа, то можно ожидать уменьшения электрических свойств можно из сопоставления ре- равновесной проводимости и даже инверсии знака. Что 3 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 804 А. Байдуллаева, Е.Ф. Венгер, А.И. Власенко, А.В. Ломовцев, П.Е. Мозоль касается фотопроводимости, то в зависимости от зна- [4] А. Байдуллаева, П.Е. Мозоль, Е.А. Сальков, Н.И. Витряховский. ФТТ, 28 (11), 3561 (1986).

ка равновесной проводимости она может уменьшаться [5] П.Е. Мозоль, М.Л. Лисица, В.С. Коваль, И.В. Пашкевич, (в случае фотопроводимости n-типа), не изменяться или И.В. Фекешгази. В сб.: Квантовая электроника (Наук.

расти (в случае фотопроводимости p-типа).

думка, 1976) № 10, с. 31.

2. Скорость удаления халькогена меньше скорости [6] И.В. Маркевич, В.А. Хвостов, М.К. Шейнкман. ФТП, удаления металла, т. е. происходит обогащение акцепто5 (10), 1904 (1971).

рами Vm. Если при этом кристалл имеет проводимость [7] Н.В. Агринская, Н.Н. Зиновьева, О.А. Матвеев, И.Д. Яроn-типа, то можно ожидать уменьшения равновесной прошецкий. ФТП, 14 (1), 172 (1980).

водимости (или инверсии знака) и фотопроводимости [8] M. Nagabhuoshanum, R.G. Ramchandar, B. Hari Babu.

(n-типа), поскольку концентрация образующихся при J. Less-Common. Met., 102, 97 (1984).

облучении доноров оказывается меньше концентрации [9] П.Е. Мозоль, А. Байдуллаева, Н.Е. Корсунская, Е.А. Сальцентров чувствительности, что приводит к увеличению ков. В сб.: Квантовая электроника (Наук. думка, 1988) № 35, с. 41.

коцентрации неравновесных дырок на этих центрах и [10] В.В. Матлах, М.И. Илащук, О.С. Попенко. Изв. АН СССР.

уменьшению времени жизни электронов.

Неорг. матер., 19 (11), 1935 (1983).

Если кристалл имеет равновесную проводимость и [11] А. Байдуллаева, Б. Джумаев, Н.Е. Корсунская, П.Е. Мофотопроводимость p-типа, то можно ожидать увеличезоль. УФЖ, 34 (8), 1265 (1989).

ния d и ph.

Эти выводы подтверждаются исследованиями влия- Редактор Л.В. Шаронова ния лазерного облучения на электрические и фотоэлектрические свойства кристаллов CdS, CdSe, CdTe, Changes in electric and photoelectric Znx Cd1-xSe [2,4,9].

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам