Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 11 Влияние межзеренных границ раздела на свойства теллурида кадмия, полученного в неравновесных условиях й В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 119991 Москва, Россия (Получена 13 февраля 2003 г. Принята к печати 17 февраля 2003 г.) Методами микрофотолюминесцентного спектрального анализа и имиджинга исследовано влияние межзеренных границ на свойства текстур теллурида кадмия с размером монокристаллических зерен 1Ц2 мм, полученных неравновесными методами, включающими низкотемпературный синтез и очистку соединения в условиях конгруентной сублимации, движение пара в режиме газодинамических потоков и высокую скорость конденсации при низкой температуре. Согласно данным микролюминесцентного зондирования, большинство межзеренных границ было декорировано локальными центрами, излучавшими в полосе межпримесной рекомбинации 1.4 эВ с участием мелких доноров и акцепторов A-центров. Кроме того, приграничные области были в определенной мере вычищены от активных при комнатной температуре центров безызлучательной рекомбинации. Геттерирующая активность межзеренных границ прослеживалась до ДглубиныУ порядка 100 мкм, что отражало особенности условий неравновесной кристаллизации исследованного материала.

1. Введение 2. Методика эксперимента В предыдущей работе с помощью техники микрофото- Исследования проводились на материале, полученлюминесцентного спектрального анализа и имиджинга ном методами низкотемпературного синтеза и сублинами были исследованы особенности спектров люми- мационной очистки соединения с приведением его к несценции теллурида кадмия, полученного неравновес- составу минимального давления [3]. Для повышения ными методами в условиях конгруэнтной сублимации эффективности очистки в данной работе были иси движения пара в реакторе в режиме газодинамиче- пользованы неравновесные технологические процессы, ского потока [1]. Помимо идентификации излучательных протекающие в условиях конгруентной сублимации и переходов результатом этой работы явилось установле- движения пара в реакторе в режиме газодинамического ние тенденции к образованию в полученном материале потока [4]. В сочетании с глубокой предварительной ДконгломератовУ из остаточных примесей и точечных очисткой исходных компонентов (5Ц6N) это позволило дефектов с высокой концентрацией некоторых приме- на конечной стадии методом свободного роста получать сей в областях размером порядка сотни микрометров.

поликристаллические слитки CdTe диаметром до 70 мм Существенным элементом структуры образцов, пред- с минимально возможным отклонением от стехиометрии ставлявших собой текстуры с размером монокристал- и содержанием основных фоновых примесей не более лических зерен 1Ц2 мм, являлись межзеренные грани- 1015 cм-3. При этом скорость осаждения паров при цы. Как известно, в поликристаллических материалаx температурах, близких к 600C, на порядок превосмежзеренные границы нередко оказывают значительное ходила обычные (близкие к равновесным) значения и (а подчас и определяющее) влияние на их свойства [2].

составляла 500 мкм/ч. Экспериментальные образцы Вследствие высокой концентрации дефектов для межзе- представляли собой [111] текстуры с размером моноренных границ нередко наблюдаются высокие плотности кристаллических зерен 1Ц2 мм. Исследования проводиэффективных ловушек, центров рекомбинации и рассеялись на плоскостях, параллельных и перпендикулярния носителей заряда. Общеизвестен эффект границ и в ных направлению роста, приготовленных последовательсегрегации примесей, в результате чего вдоль границ зеным проведением шлифовки, полировки и травления в рен могут образовываться сильно легированные каналы, растворе бромметанола. Для выявления межзеренных существенно влияющие на транспорт носителей заряда в границ и дефектов кристаллической структуры внутри экспериментальных (приборных) поликристаллических зерен проводилась обработка образцов селективным траструктурах. В данной работе методами микролюминесвителем E-Ag-1. Основными структурными дефектами, центного зондирования исследована роль межзеренных выявленными методами химического травления, были границ в формировании свойств крупнозернистого телграницы зерен, двойниковые границы и дислокации со лурида кадмия, полученного в условиях неравновесной средней плотностью менее 103 см-2 внутри монозерна.

кристаллизации.

По данным холловских измерений, при комнатной температуре образцы имели p-тип проводимости и удельное E-mail: ushakov@mail1.lebedev.ru сопротивление 103-104 Ом см.

Влияние межзеренных границ раздела на свойства теллурда кадмия... После исследования исходного материала образцы подвергались отжигу в насыщенных парах Cd при 700C в течение 70 ч.

Измерения выполнялись на автоматизированном микрофотолюминесцентном сканере с возможностью проведения как спектрального анализа излучения в заданных точках поверхности, так и люминесцентного имиджинга на заданной длине волны. Образцы монтировались на хладопроводе криостата, позволявшего вести измерения при температурах 100Ц300 K. Для возбуждения люминесценции использовался HeЦNe-лазер (длина волны 632.8 нм) с системой оптической фокусировки. Мощность возбуждения на поверхности образцов составляла 2.5Ц3.0 мВт при диаметре пятна 8Ц10 мкм (по уровню 0.1 от максимального значения интенсивности в пятне).

Положение возбуждающего пятна на поверхности образца контролировалось визуально с помощью оптической микроскопической Дсистемы наведенияУ. Спектральный анализ люминесценции в области длин волн до 1 мкм проводился светосильным дифракционным монохроматором МДР-12, а регистрация Ч охлаждаемым фотоРис. 1. Структура монокристаллического зерна размером умножителем ФЭУ-83 с синхронным детектированием и 1.0 0.8 мм с обозначением точек, спектры люминесценции компьютерной обработкой сигнала. Сканирование осу- для которых приведены далее на рис. 2.

ществлялось путем перемещения специального стола с криостатом в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно неподвижного лазерного луча по командам управляющего компьютера. Величина шага могла варьироваться в зависимости от характера задачи и в данной работе составляла 25 мкм. В процессе пространственного сканирования на заданной длине волны данные измерений выводились на дисплей с цветовой кодировкой интенсивности люминесценции.

3. Экспериментальные результаты и их обсуждение Настоящие измерения были выполнены в области типичного монозерна размером 1.0 0.8 мм, представленного на рис. 1. Помимо межзеренных границ методами химического травления в центре зерна было выявлено некоторое скопление протяженных структурных дефектов, вероятно, дислокаций.

Все представленные далее результаты были получены Рис. 2. Репрезентативные спектры микрофотолюминесценции исследованного материала в точках A, B, C монозерна с рис. при температурах 100 и 300 K, т. е. в условиях, когда в при температуре 100 K.

юминесценции теллурида кадмия на первый план, помимо собственного излучения, выходят излучательные переходы на относительно глубоких примесно-дефектных центрах.

донорно-акцепторных пар с участием мелких доноров и Репрезентативные спектры микрофотолюминесценакцепторов A-центров (VCdD) [5Ц12]. Как было показано ции, зарегистрированные в некоторых точках исслев [1], приведенное необычно высокое значение (1.48 эВ) дованной кристаллической структуры (указанных на для максимума ДсамоактивационнойУ полосы связано с рис. 1), приведены на рис. 2. При 100 K в спектрах очень высоким уровнем возбуждения (1022 кв./см2 c) доминировали краевая (1.578 эВ) и ДсамоактивационнаяУ и локальностью люминесцентного анализа в областях примесно-дефектная (1.48 эВ) полосы, представлявшие собой, согласно проведенной ранее идентификации [1], кристалла с заметно повышенным содержанием рекомсоответственно экситонное и межпримесное излучение бинационных центров.

2 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1300 В.В. Ушаков, Ю.В. Клевков межзеренных границ связано, очевидно, с гетерированием остаточных примесей и дефектов границами зерен и диффузией примесей вдоль межзеренных границ в процессе роста ( 600C, 40Ц45 ч) и охлаждения материала до комнатной температуры.

Как и в [1], локализацию некоторых ДяркихУ точек размером до 100 мкм на люминесцентной картограмме рис. 3 нельзя было связать с какими-либо особенностями кристаллической структуры, выделенными методами химического травления. Детальный механизм иx образования остался неясным. Согласно полученным ранее данным [1], ни единичные дислокации, ни двойниковые границы раздела не являлись центрами их зарождения.

Можно лишь отметить, что они наблюдались в основном также в относительной близости от межзеренных Рис. 3. Микрофотолюминесцентная картограмма области исграниц.

ходного (до отжига) образца размером 1.25 1.25 мм (включая монозерно рис. 1) на длине волны примесно-дефектного Наконец, данные рис. 3 представляют область повыизлучения 840 нм (температура образца 100 K).

шенной концентрации центров Д1.4 эВУ, протянувшуюся по центру через все зерно. Принимая во внимание склонность этих центров к декорированию протяженных структурных дефектов, это, по-видимому, означает приСогласно данным выборочного зондирования рис. 2, сутствие в центральной части зерна скопления дислокаинтенсивность экситонной полосы была примерно одиций, часть которых была выявлена селективным травленакова для различных точек монозерна. Напротив, нием (рис. 1). Аналогичный результат был получен при примесно-дефектное излучение в области 1.4 эВ достигаисследовании и других зерен этого образца. Поэтому ло значительной интенсивности лишь в некоторых облаобразование субзеренных границ в центральной части стях исследованной структуры. Это заключение подтвермонозерен на основе полигонизации, вероятно, является ждается результатами детального монохроматического необходимым следствием кинетики неравновесных пролюминесцентного картирования области 1.25 1.25 мм цессов кристаллизации в использованных технологиче(включающей монозерно рис. 1) с шагом 25 мкм. На ских процессах.

рис. 3 представлен люминесцентный (100 K) образ исДля изучения реакции примесно-дефектного ансамбля ходного (до отжига) образца на длине волны 840 нм.

исходных кристаллов на термическое воздействие проКак видно из рисунка, примесно-дефектное излучение водился отжиг образцов в насыщенных парах Cd при 1.4 эВ было интенсивно лишь в областях, примыкав700C в течение 70 ч (равновесные условия). В резульших к межзеренной границе, и в области скопления тате указанной термообработки интенсивность как эксидефектов в центральной части зерна, причем интенсивтонной, так и примесно-дефектной спектральных полос ность была неоднородно распределена вдоль границы для любой точки на поверхности образца увеличивалась зерна, а часть границы (нижняя на рис. 3) в этом на 1.5Ц2 порядка, очевидно, вследствие существенного ДсветеУ была почти не видна. Поскольку при 100 K уменьшения концентрации центров безызлучательной интенсивность собственной (экситонной) люминесценрекомбинации. Это свидетельствует о значительном ции была относительно равномерно распределена по отклонении от равновесных значений в концентрации сканированной поверхности (контраст, т. е. отношение (и составе) остаточных дефектов в исходных кримаксимального значения интенсивности к минимальносталлах. В этой связи, несмотря на условия конгруму по площади сканирования, составлял 2), вариаентной сублимации и низкой температуры получения ция времени жизни неравновесных носителей по всей материала, под подозрением все же остаются дефекты площади зерна (включая области границ раздела) при стехиометрии. Кроме того, не исключено, что в резульэтой температуре была невелика (по крайней мере при сильном возбуждении в условиях данного эксперимен- тате различных коэффициентов конденсации матричных элементов (Cd, Te2) при неравновесных условиях та). В этом случае заметные изменения интенсивности люминесценции примесно-дефектных центров, излучав- кристаллизации в местах нарушения кристаллической решетки могут формироваться локальные скопления ших в ДсамоактивационнойУ полосе 1.48 эВ, можно с точечных дефектов (собственных и примесных) в виде достаточной определенностью связать с изменением их локальной концентрации. Тогда, согласно приведенным микропреципитатов. Получение кристаллических струкданным, в области 50Ц100 мкм вблизи межзеренных тур со слабой ассоциацией остаточных дефектов, пограниц имело место заметное увеличение концентрации видимому, в целом характерно для высоких скоростей примесно-дефектных центров Д1.4 эВУ (контраст люми- кристаллизации в условиях движения пара в реакторе в несцентного образа рис. 3 составлял 37). Декорирование режиме газодинамического потока [13].

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Влияние межзеренных границ раздела на свойства теллурда кадмия... Некоторые изменения произошли и в характере люминесцентного образа зерна на длине волны примесно-дефектного излучения 840 нм (рис. 4). Во-первых, его контраст уменьшился до 5, и произошло это за счет относительно большего увеличения интенсивности излучения внутри зерна по сравнению с приграничными областями. Во-вторых, после отжига отчетливо ДпроявилисьУ все границы, даже плохо различимые на картограмме исходного материала на рис. 3. Поскольку при 100 K относительно равномерный характер распределения интенсивности экситонной люминесценции по поверхности образца сохранился и после его отжига, ДразгоревшуюсяУ по нижней (по рис. 1) границе зерна люминесценцию Д1.4 эВУ также следует связать с увеличением концентрации соответствующих примесноРис. 5. Микрофотолюминесцентная картограмма области модефектных центров в этой области. Источником для нозерна отожженного образца на длине волны собственного этого являлись, по-видимому, геттерированные на граниизлучения 821 нм (комнатная температура).

це зерна в процессе кристаллизации фоновые примеси, так как окружающий люминесцентный ДфонУ на рис. имел типичное значение, а требуемое значение коэффициента диффузии ( 10-10 cм2 c-1 при 700C) вполне ца. Однако при комнатной температуре на люминесцентсоответствовало характерным для основных примесей ной картограмме сканированной области на длине волны в CdTe значениям [14]. Некоторую роль мог бы также собственного излучения 821 нм (рис. 5) видно, что для сыграть распад в процессе отжига микропреципитатов, приграничных областей зeрна характерна повышенная содержащих остаточные примеси [15]. Наконец, мож- (против внутреннего объема) интенсивность излучения.

но отметить, что наибольшая интенсивность излучения Отличие от низкотемпературного случая связано с тем, ДсамоактивационнойУ полосы (и концентрация соответ- что при комнатной температуре в кристалле Дзапускаствующих локальных центров) наблюдалась в областях ютсяУ активационные механизмы безызлучательной рестыка нескольких зерен. комбинации, ДзамороженныеУ при низких температурах.

Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам