МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. И.И.МЕЧНИКОВА

ДАЛИ АБДУЛ КАДЕР

УДК 621.315.592.53 9.37

ДЛИННОВОЛНОВАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПЛЕНОК ТЕЛЛУРИДА ЦИНКА

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математичеческих наук

Одесса – 2001

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики и в Научно-исследовательском институте физики Одесского национального университета им. И.И.Мечникова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Смынтына Валентин Андреевич,

ректор Одесского национального университета

Официональные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Михайленко Виталий Иванович,

зав. каф. физики и химии Одесской государственной морской академии;

доктор физико-математических наук,

профессор Мокрицкий Вадим Анатольевич,

зав. каф. средств телекоммуникаций Одесского государственного политехнического университета.

Ведущая организация: Черновицкий государственный университет им. Ю.Федьковича, г. Черновцы.

Защита диссертации состоится “_01__”__червня_________2001 г. в “_14__”часов на заседании Специализированного совета Д 41.051.01 Одесского национального университета им. И.И.Мечникова (65026, Одесса, ул. Пастера, 27, большая физическая аудитория).

С содержанием диссертации можно ознакомиться в научной библиотеке университета, Одесса, ул. Преображенская, 24.

Автореферат разослан “_18__”__травня_______2001г.

Ученый секретарь

Специализированного совета

к.ф.-м.н., доцент А.П. Федчук

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Полупроводниковые соединения группы А2В6 являются перспективными материалами для оптоэлектроники в связи с их ярко выраженными люминесцентными и фоточувствительными свойствами. Значительная ширина запрещенной зоны этих соединений позволяет создать на их основе источники и приемники излучения, работающие в широком спектральном диапазоне. Теллурид цинка, типичный представитель соединений А2В6, имеет ширину запрещенной зоны 2,26 эВ при 300 К и является перспективным материалом для создания электронных приборов для видимой области спектра.

Однако, несмотря на большое количество научных работ, посвященных исследованию и практическому использованию теллурида цинка, есть ряд нерешенных проблем, которые препятствуют его широкому практическому использованию. Основной нерешенной проблемой является плохая воспроизводимость и недостаточная контролируемость основных характеристик (например, электрофизических и люминесцентных) теллурида цинка. Отметим также, что сведения о химической природе центров свечения и механизме излучательной рекомбинации как в нелегированном, так и в легированном донорными и акцепторными примесями теллуриде цинка часто носят противоречивый характер.

Одним из способов выяснения химической природы примесных центров в полупроводниках, схемы рекомбинационных переходов, обусловливающих излучательные характеристики (спектр и эффективность свечения, температурные зависимости интенсивности свечения и т.д.) является исследование фотолюминесценции.

К наименее изученной в теллуриде цинка относится длинноволновая люминесценция, которая регистрируется в интервале длин волн 0,6 – 1,0 мкм и обусловлена рекомбинацией на глубоких центрах. Чаcтично это объясняется тем, что исследование длинноволновой люминесценции в соединениях А2В6 до сих пор осуществлялось экспериментально, так как теория излучательной рекомбинации на глубоких центрах в этих соединениях не разработана. Кроме того, сама природа глубоких центров в широкозонных соединениях А2В6 связана как с введением примесей-активаторов, так и с образованием дефектных комплексов вследствие эффекта самокомпенсации, что осложняет их исследование.

Таким образом, бесспорная перспективность теллурида цинка и недостаточная изученность его люминесцентных свойств в случае рекомбинации на глубоких центрах свечения обусловливает актуальность темы диссертации.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа соответствует основным научным направлениям деятельности кафедры экспериментальной физики ОНУ и лаборатории полупроводниковой электроники НИИ физики при ОНУ. Работа выполнялась в рамках бюджетных тем Одесского национального университета по распоряжению Министерства образования и науки Украины.

1.

2.

Цель и задачи исследования. Целью работы является установление природы центров длинноволнового свечения, механизмов люминесценции и излучательной рекомбинации в преднамеренно нелегированных и легированных алюминием и литием пленках теллурида цинка

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.

1.

2.

3.

4.

Комплексность исследований обеспечивалась использованием различных технологических методов выращивания и легирования пленок теллурида цинка, применением набора экспериментальных методов исследования (технологических, электрофизических, люминесцентных), проведенных в широком интервале температур, сопоставлением полученных результатов с теоретическими расчетами. Обработка полученных экспериментальных данных выполнялась с помощью моделирования на ЭВМ в прикладных пакетах Mathcad, а также с помощью самостоятельно написанных программ.

Достоверность полученных результатов обеспечивалось комплексным характером исследований на основе использования апробированных экспериментальных методик, машинной обработки экспериментальных результатов, воспроизводимостью полученных результатов и интерпретацией их на основе большого количества литературных данных.

Научная новизна полученных результатов.

1. Теоретически установлены и подтверждены экспериментально оптимальные физико-технологические условия роста пленок теллурида цинка методом вакуумного напыления в квазизамкнутом объеме при заданной конфигурации и геометрии ростовой камеры.

2. Впервые установлен механизм излучательной рекомбинации полосы самоактивированной люминесценции с макс = 0,76 мкм, описываемый моделью конфигурационных координат. На основании теоретических расчетов определены значения параметров, которые позволили построить модель центра свечения.

3. Впервые проведен анализ люминесценции, обусловленной примесью кислорода (макс = 0,65 мкм), с учетом электрон-фононного взаимодействия электронной подсистемы с локальными колебаниями “кислородного“ центра. Определен ряд параметров центра свечения, а именно: параметр электрон-фононного взаимодействия, оптическая энергия ионизации центра, величина сдвига Франка-Кондона, энергетическое положение центра свечения. На основании этих параметров построена конфигурационная диаграмма центра свечения.

4. Впервые объяснен механизм аномальной температурной зависимости интенсивности полосы люминесценции с макс = 0,65 мкм, учитывающий участие в излучательной рекомбинации двух центров: глубокого донора и мелкого что аномальное поведение зависимости интенсивности люминесценции от температуры может наблюдаться в теллуриде цинка при следующих параметрах центров: Еа = 0,1 – 0,25 эВ; и 6 1014 < Nd < 3 1015 см –3 . Остальные параметры центров не являются определяющими для аномального поведения температурной зависимости интенсивности люминесценции.

5. Проведено детальное изучение механизмов рекомбинации в теллуриде цинка, легированном донорной примесью – алюминием, которое показало, что атомы алюминия образуют в ZnTe два типа донорных центров: AlZn и Ali. При рекомбинации электронов, находящихся на этих донорах с дырками, захваченными на акцепторе, роль которого выполняет вакансия цинка (VZn--), наблюдается две полосы свечения 1макс = 0,58 мкм и 2макс = 0,61 мкм, которые ранее приписывались одной полосе с макс = 0,60 мкм.

6. Показано, что полоса люминесценции с макс = 0,75 мкм, характерная для пленок ZnTe:Li, обусловлена ассоциативными центрами свечения, в состав которых входят акцепторные – LiZn и донорные - VTe . Вакансии теллура образуются при легировании пленок ZnTe литием вследствие эффекта самокомпенсации.

Практическое значение полученных результатов.

1.

2.

3.

Личный вклад соискателя.

Приведенный экспериментальный и расчетный материал выполнен вместе с соавторами и самостоятельно. В совместных работах автору принадлежит интерпретация полученных результатов инициатива в постановке эксперимента.

Апробация результатов диссертации.

Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции “Eurosensors VIII Conference (Toulouse, France, 1994), “Eurosensors XI (Warsaw, Poland, 1997); на II Украинской конфереции “Матеріалознавство і фізика напівпровідникових фаз змінного складу (Ніжін, Україна, 1993); на Межрегиональной научно – технической конференции “Комплексное математическое и физическое моделирование, обеспечение надежности электронных приборов и аппаратуры” (Бердянск, Украина, 1994);

на отчетных конференциях профессорско – преподавательского состава Одесского госуниверситета.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях в научных журналах, 3 трудах конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из 4 глав, выводов, списка цитированной литературы, приложения. Полный объём диссертации составляет 148 страниц. Диссертационная работа изложена на страницах 88 машинописного текста, содержит 37 рисунков, 1 таблицу, 102 библиографических ссылки, включая публикации автора.

Основное содержание работы

Вступление содержит обоснование актуальности исследований. В этом разделе сформулирована основная цель работы, отображена научная новизна и практическая ценность исследований, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен краткий анализ литературных данных, которые соответствуют теме диссертации. Рассмотрены механизмы излучательной рекомбинации, которые реализуются в полупроводниках и признаки, по которым эти механизмы могут быть установлены. Особое внимание уделено рассмотрению теоретической модели процессов поглощения и люминесценции, которые происходят на глубоких уровнях и обусловливают длинноволновую люминесценцию в полупроводниках. Рассмотрены также модели, описывающие температурную зависимость люминесценции, как в классическом случае, так и в аномальном, когда, в некотором диапазоне температур, зависимость интенсивности люминесценции возрастает при увеличении температуры. Проанализированы литературные данные по люминесцентным свойствам теллурида цинка, нелегированного и легированного различными примесями.

В заключение первой главы сделаны выводы из приведенного литературного обзора и сформулированы задачи исследований, являющихся предметом диссертации.

Вторая глава диссертации посвящена технологии получения исследуемых в работе пленок теллурида цинка. Рассмотрены методы выращивания: метод жидкофазной эпитаксии теллурида цинка на ориентированные подложки селенида цинка, метод вакуумного напыления в квазизамкнутом объёме на стеклянные и кварцевые подложки. В обоих методах была осуществлена оптимизация технологических параметров, позволяющих выращивать пленки с контролируемыми и воспроизводимыми излучательными характеристиками. Для этой цели в методе жидкофазной эпитаксии экспериментально были подобраны соответствующие температуры эпитаксии, скорости охлаждения, ориентация подложки. В методе вакуумного напыления проведен теоретический расчет параметров пара теллурида цинка при осаждении в ростовой камере выбранных геометрических размеров. Было расчитано распределение газодинамических параметров пара ZnTe вдоль реакционной камеры: коэффициента конденсации, результирующей скорости конденсации, нормированных значений плотности и давления пара, скорости потока и степени пересыщения паровой фазы. На основании расчетов было определено оптимальное расположение подложки относительно источника испаряемого материала.

В этой главе приведены также данные электрофизических исследований полученных плёнок. Установлены энергии активации дефектов, которые определяют дырочную проводимости теллурида цинка. Характерно, что, несмотря на образование мелких акцепторных центров (LiZn) при введении примеси лития, проводимость плёнок ZnTe остаётся низкой. Это объясняется одновременным образованием донорных центров типа - литий междоузельный, которые компенсируют дырочную проводимость.

Обнаружена аномальная температурная зависимость проводимости плёнок теллурида цинка, полученных методом жидкофазной эпитаксии. Немонотонность температурной зависимости проводимости связывается с адсорбционно-десорбционными процессами, происходящими на поверхности плёнок при взаимодействии с кислородом. Подчеркивается возможность использования этого явления для создания датчиков кислорода.

В третьей главе диссертации рассмотрены механизмы излучательной рекомбинации в плёнках теллурида цинка, которые были выращены как методом жидкофазной эпитаксии, так и вакуумного напыления в квазизамкнутом объёме. В первом способе выращивания обнаружена одна длинноволновая полоса люминесценции с макс = 0,76 мкм, которая ранее наблюдалась в кристаллах ZnTe. Однако, исследование её было затруднено, так как в этой области наблюдались ещё и другие полосы люминесценции. Использование метода жидкофазной эпитаксии позволило уменьшить концентрацию “загрязняющих” примесей, которые могли бы участвовать в роли центров свечения.

Исследование стационарных характеристик люминесценции с макс = 0,76 мкм обнаружило ряд особенностей, которые не укладывались в используемые ранее представления о донорно-акцепторном механизме излучательной рекомбинации, обусловливающем это свечение. К таковым относятся: низкое значение энергии активации температурного тушения люминесценции (0,1 – 0,15 эВ, в то время как из уравнения энергетического баланса это значение должно составлять величину 0,75 эВ); независимость положения максимума полосы от интенсивности возбуждающего света. В работе предложен иной механизм рекомбинации - внутрицентровой и проведен теоретический анализ с точки зрения модели конфигурационных координат. Согласно этой модели форма и полуширина полос, а также различие между энергиями поглощения и излучения света зависят от взаимодействия центра люминесценции с его ближайшим окружением.

Положение максимумов спектров излучения и поглощения определяется следующими соотношениями:

где E0 - разность энергий, соответствующих минимумам конфигурационных кривых, для основного и возбужденного состояний центра люминесценции; hg - энергия колебательных квантов, посредством которых центр люминесценции, находящийся в основном состоянии, взаимодействует с решеткой; Sa (Se)- среднее число фононов, испущенных после поглощения (излучения) фотона; X0 - конфигурационная координата, которая соответствует смещению из положения равновесия ионов в возбужденном состоянии Ee по отношению к положению равновесия в основном состоянии Eg; Kg (Ke) - силовая постоянная для основного (возбужденного) состояния.

Силовые постоянные связаны с частотами колебаний в основном (g) и возбужденном (e) состояниях:

где M - масса центра.

Используя экспериментально полученные значения величин hизл.=1,63 эВ, и hпогл.= 2,1 эВ, а также теоретически рассчитанные – Ео=2,0эВ, Хо=1 10-11м, hе = 0,011эВ и hg = 0,024 эВ, Ке = 280 н/м и Кg =1138 н/м, Sа = 31, Sе=3, была построена модель центра свечения в конфигурационных координатах. Из этой модели следует, что энергия температурного тушения люминесценции равна разности ординат пересечения двух потенциальных кривых и точки, соответствующей минимуму кривой возбужденного состояния центра свечения и равна 0,12 эВ, что соответствует экспериментальному значению.

В плёнках, которые были получены методом вакуумного напыления и которые специально не легировались присутствовала красная полоса люминесценции с макс = 0,65 мкм при 77 К. Природа этой полосы приписывается примеси кислорода, атомы которого замещая в решетке атом теллура образуют дефект замещения - ОТе, который является глубоким центром донорного типа. Кислород является остаточной примесью в вакуумной камере и входит в теллурид цинка в процессе роста. Механизм рекомбинации с участием этого центра и модель “кислородного” центра свечения в литературе детально не обсуждалась.

В данной работе к экспериментальным исследованиям привлечено теоретическое рассмотрение излучательного процесса, осуществляющегося по схеме глубокий донор-валентная зона. Были использованы представления, согласно которым при описании процессов поглощения и излучения учитывается взаимодействие электрона, находящегося в локализованном состоянии на центре с колебаниями этого центра (электрон-фононное взаимодействие). Такой анализ для соединений А2В6 и для ZnTe, в частности, ранее не проводился. Из сравнения экспериментальных спектров возбуждения полосы макс = 0,65 мкм с теоретически рассчитанными были получены значения величин оптической энергии ионизации центра свечения Ео=1,92 эВ и параметра электрон – фононного взаимодействия = 5 10-3. Используя эти данные, была рассчитана величина сдвига Франка-Кондона = 0,05 и энергия ионизации центра свечения - Еd = 0,48 эВ. Полученные параметры центра свечения позволили построить в конфигурационных координатах модель глубокого “кислородного“ центра.

В этой части работы показано, что теоретическое описание спектров возбуждения люминесценции позволяет предсказать основные характеристики исследуемого свечения (положение максимума, полуширину полосы люминесценции т.д.). Хорошее совпадение этих предсказанных характеристик свечения с экспериментальными, а также хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных параметров “кислородного“ центра свечения даёт основание использовать анализ спектров возбуждения для исследования люминесценции, осуществляющейся на глубоких центрах свечения разной природы в соединениях А2В6 и в ZnTe, в частности.

При исследовании температурной зависимости интенсивности люминесценции макс = 0,65 мкм была обнаружена следующая особенность. При повышении температуры от 77 К до 400 К, вместо классического тушения люминесценции, наблюдалось разгорание люминесценции. При Т = 150-200К интенсивность достигала максимального значения, а затем уменьшалась. Имеющиеся модели аномального температурного поведения интенсивности свечения предполагают наличие в запрещенной зоне нескольких центров свечения одного типа (акцепторного или донорного), занимающих разное энергетическое положение. Однако в выращенных нами плёнках теллурида цинка этот случай не реализуется, так как кроме “кислородного” других центров свечения донорного типа не было обнаружено. В связи с этим нами была предложена и обсчитана теоретически другая модель, согласно которой в запрещенной зоне теллурида цинка имеются акцепторные центры, которые участвуют в рекомбинационном процессе в качестве центров захвата основных носителей. Донорным центром является центр свечения – кислород, замещающий теллур в решетке теллурида цинка.

В рамках этой модели двух центров изучалось влияние энергетического положения и концентрации акцепторных и донорных уровней. Расчетные температурные зависимости были получены для диапазона энергий акцепторных уровней Еа =0,05 – 0,25 эВ и концентрацией донорных центров Nd = 1015 – 1016 см-3. Было получено, что если в процессе захвата участвуют уровни акцепторов с меньшей энергией из выбранного диапазона, то максимум на температурной зависимости смещается в область меньших температур. В тоже время концентрация акцепторов на характер этой зависимости практически не влияет, а сказывается лишь на величине интенсивности люминесценции.

В противоположность этому концентрация донорных центров играла существенную роль в наблюдаемом явлении. Расчёт показал, что при значениях Nd 5 1014см-3 температурная зависимость интенсивности свечения не имеет максимума и является монотонной. При значениях 6 1014 Nd 3 1015 см-3 тип зависимости свидетельствует экспериментально наблюдаемой, т.е. имеет аномальный характер. Дальнейший анализ модели показал, что особенности каждого вида зависимостей I = f(Т), полученных при расчётах, определяются, в конечном счёте, температурными зависимостями концентраций электронов, локализованных на донорах и свободных дырок.

Кроме того, предложенная модель не только объясняет причину наблюдаемого явления немонотонности зависимости Iл = f(Т), но и дает результаты, имеющие практическое значение. А, именно, из сравнения экспериментальных и теоретических температурных зависимостей Iл = f(Т), содержащих максимум, оказалось возможным оценить энергетические параметры донорных и акцепторных центров в пленках теллурида цинка, содержащих примесь кислорода.

В четвертой главе диссертации проведен анализ люминесценции теллурида цинка, легированного алюминием. Алюминий вводился в плёнки либо во время роста, либо путём обработки плёнок в парах алюминия. В методе жидкофазной эпитаксии алюминий вводили в расплав металла-растворителя. В методе вакуумного напыления на выращенные плёнки напыляли металл алюминий. В последнем случае плёнки отжигались в вакууме или в водороде при температуре T = 800К. Поскольку в обоих методах в результате введения алюминия наблюдалось появление одной и той же полосы с максимумом в интервале длин волн макс = 0,58 – 0,61 мкм, то из-за большего удобства процесса легирования преимущественно исследовались плёнки теллурида цинка, полученные первым методом. Было показано, что наблюдавшаяся различными авторами неоднозначность в положении максимума “алюминиевой” полосы связана с её неэлементарностью и что она состоит из двух полос с макс = 0,58 и 0,61 мкм. Cоотношение интенсивностей обеих полос зависит от концентрации вводимой примеси. Следовательно, изменяя концентрацию примеси алюминия, можно было исследовать каждую полосу люминесценцию отдельно.

Экспериментально показано, что при меньших концентрациях (NAl 1017 см-3) наблюдается люминесценция с макс = 0,58 мкм, которая обусловлена донорно - акцепторным механизмом рекомбинации. Природа донорно-акцепторной пары связана с дефектом - ALZn, который является мелким донором с энергией активации 0,03-0,06 эВ и с дефектом - VZn, являющимся акцептором с энергией активации 0,16 эВ.

Появление более длинноволновой полосы люминесценции с макс = 0,61мкм наблюдается при более высоких концентрациях алюминия (NAl 1018см-3). Излучательная рекомбинация осуществляется также по донорно-акцепторному типу, однако, роль донора в данном случае выполняют дефекты - Ali с энергией активации 0,15 эВ, отсчитываемой от дна зоны проводимости. Акцептором является - VZn, с энергией активации 0,16 эВ. Таким образом, атомы алюминия выполняют в теллуриде цинка двоякую роль: замещают цинк в одном из ближайших, регулярных мест в решётке ZnTe, образуя дефект ALZn и внедряются в междоузлие, образуя дефект Ali. При температуре проведения эксперимента (Т = 77К) мелкие донорные центры термически ионизированы и люминесценция с макс.= 0,58 мкм обусловлена рекомбинацией свободного электрона с дыркой на акцепторе - AlZn. Люминесценция же с макс = 0,61 мкм связана с рекомбинацией электрона, локализованного на доноре с Еd = 0,15 эВ с дыркой, находящейся на акцепторе с Еа=0,16 эВ.

В этой же главе рассмотрены характеристики длинноволновой люминесценции с макс = 0,75 мкм, которая связана с введением акцепторной примеси лития. Хотя роль этой примеси в люминесценции теллурида цинка достаточно хорошо изучена, однако, в основном, исследования относились к изучению коротковолнового, так называемого, “краевого” свечения. Не известно было, могут ли образовываться при введении лития сложные комплексы, обусловливающие длинноволновое свечение, как это происходит, например, при введении алюминия.

Для большей однозначности результатов в работе исследовались различные методы выращивания и способы легирования плёнок теллурида цинка литием. В методе жидкофазной эпитаксии в раствор-расплав добавлялся металлический литий. При использовании метода вакуумного напыления в состав шихты вводили различные соли лития (LiNO3, LiJO3, LiCl). В обоих методах изменялся весовой процент добавки. Во всех случаях спектральное распределение люминесценции характеризовалось как “краевыми” полосами свечения с макс = 0,528 и 0,538 мкм, так и длинноволновой - с макс =0,75 мкм, которая и была предметом нашего исследования.

Результаты эксперимента показали, что исследуемая полоса люминесценции является элементарной и положение максимума свечения не зависит ни от температуры, ни от интенсивности возбуждающего света, Энергия температурного тушения полосы макс = 0,75 мкм равна 0,47 эВ и соответствует энергетическому положению донорного центра. В работе приведено обоснование природы этого центра. Установлено, что введение лития в ZnTe приводит к образованию дефекта замещения - LiZn и дефекта внедрения Lii, являющихся, соответственно, мелким акцептором и мелким донором. Эти центры участвуют в рекомбинации, обусловливающей “краевое” свечение. В то же время увеличение концентрации акцепторов LiZn приводит к уменьшению вакансий цинка (VZn) и вследствие эффекта самокомпенсации сопровождается образованием собственных дефектов – вакансий теллура (VТe), которые являются глубокими донорами с энергией активации 0,47 эВ. Механизмом рекомбинации, обусловливающим длинноволновую полосу свечения, является излучательный переход электрона с глубокого донорного центра – VТe на мелкий акцепторный уровень-LiZn. Температурное тушение полосы контролируется процессом термического освобождения электронов, захваченных донором. Вследствие большой концентрации дефектов LiZn, находящихся в хорошем термическом равновесии с валентной зоной, их участие в излучательной рекомбинации осуществляется вплоть до полного гашения люминесценции.

В связи с тем, что выращенные плёнки теллурида цинка, легированные примесями Al и Li обладали эффективной люминесценцией в видимой области спектра, то, с точки зрения перспективы их практического применения, было актуальным исследование стабильности свечения. Экспериментальные исследования показали, что плёнки ZnTe: Al в процессе оптического и термического воздействий, а также в процессе длительного хранения не изменяли свои электрические и люминесцентные свойства. Люминесценция же плёнок ZnTe : Li хотя и оставалась стабильной при длительном хранении, но в процессе термического воздействия деградировала и при температуре Т=500 К исчезала полностью.

Экспериментально установлен механизм деградации свечения с макс = 528 –535 мкм и макс = 0,75 в плёнках ZnTe : Li, котрый включает в себя две стадии: распад центров LiZn за счет диффузии Li к поверхности плёнки; появление новых центров, образованных из освободившихся вакансий цинка (VZn) и неконтролируемых доноров. Следствием этого процесса является наблюдение в прогретых плёнках ZnTe :Li самоактивированной люминесценции с макс =0,78 –0,8 мкм, характерной для нелегированного теллурида цинка.

В заключении проведено обобщение научных результатов диссертационной работы, показана целесообразность применения используемых методик к исследованию люминесцентных характеристик, как нелегированных, так и легированных акцепторной и донорной примесями плёнок теллурида цинка.

В приложении приведены микрофотографии плёнок теллурида цинка, программы для обработки данных на ЭВМ.

Основные выводы

1.

2.

3.

4.

5.

6.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

АНОТАЦИЯ

Дали Абдул Кадер “ДЛИННОВОЛНОВАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПЛЕНОК ТЕЛЛУРИДА ЦИНКА“ – Рукопись.

Диссертация на соисканиея ученой степени кандидата физико – математических наук по специальности 01–04–10– “Физика полупроводников и диэлектриков” - Одесский государственный университет им. И.И. Мечникова. Одесса 2000.

Диссертация посвящена изучению люминесцентных свойств пленок теллурида цинка, полученных методами жидкофазной эпитаксии и вакуумного напыления и обусловленных излучательной рекомбинацией на глубоких центрах.

Экспериментально и теоретически оптимизированы технологические условия роста, что позволило получать пленки теллурида цинка с воспроизводимыми люминесцентными характеристиками. Исследованы основные стационарные характеристики самоактивированной полосы с макс.= 0,76 мкм в нелегированном материале, полосы с макс.= 0,65 мкм, обусловленной неконтролируемой примесью кислорода, полос люминесценции, наблюдаемых в теллуриде цинка, легированном алюминием (макс.= 0,58 мкм и макс = 0,61 мкм), а также длинноволновой полосы с макс = 0,75 мкм в пленках, легированных литием.

Установлено, что особенность температурного гашения полосы с макс.= 0,76 мкм может быть объяснена “внутренним” тушением при внутрицентровом механизме излучательной рекомбинации. Исходя из этого механизма теоретически рассчитаны параметры центра свечения и построена его модель в конфигурационных координатах.

Теоретический анализ длинноволновой полосы люминесценции (макс.=0,65 мкм), обусловленной рекомбинацией на глубоком донорном центре - ОТе, показал необходимость учета электрон - фононного взаимодействия электронной подсистемы с колебаниями центра свечения. В рамках этих представлений расчитаны параметры центра и построена его энергетическая диаграмма в конфигурационных координатах. Установлен механизм аномальной температурной зависимости интенсивности этой полосы люминесценции. Получены теоретические критерии наблюдения подобных характеристик. Основным критерием, независимым от природы центра свечения, является участие в излучательной рекомбинации донорного и акцепторного уровней, а также глубина залегания акцептора и концентрация донорных центров.

Показано, что неэлементарность полосы с макс = 0,60 мкм, наблюдаемая в пленках ZnTe:Al, связана с вкладом в рекомбинацию двух типов излучательных переходов. Для обоих переходов установлен донорно – акцепторный механизм рекомбинации и природа центров свечения.

Исследование роли примеси лития в формировании длинноволновой полосы с макс = 0,75мкм позволило установить природу центра свечения этой полосы, которым является ассоциативный комплекс, состоящий из собственного дефекта - VTe и примесного - LiZn.

Исследована также стабильность примесной люминесценции пленок ZnTe. Установлен термо – диффузионный механизм деградации свечения в пленках, легированных литием при температурном отжиге 500 К. Люминесцентные характеристики пленок, легированных алюминием и кислородом при этих температурах отжига стабильны и не зависят от времени хранения.

Ключевые слова: полупрводниковые пленки, люминесцентные свойства, длинноволновые полосы люминесценции, внутрицентровой механизм излучательной рекомбинации, электрон - фононного взаимодействие, донорно – акцепторный механизм рекомбинации, центр свечения, ассоциативный комплекс.

АНОТАЦІЯ

Далі Абдул Кадер “ДОВГОХВИЛЬОВА ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ ПЛІВОК ТЕЛУРИДУ ЦИНКУ“ Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико – математичних наук за спеціальністю 01-04-10-“Фізика напівпровідників та діелектриків.”- Одеський державний університет ім І.І. Мечникова. Одеса 2000.

В дисертації подано результати досліджень люмінесценції плівок телуриду цинку, яка обумовлена рекомбінацією на глибоких центрах та реєструється в інтервалі довжини хвиль (0,6 – 1,0 мкм). Встановлено внутрішньо – центровий механізм випромінювальної люмінесценції смуги з макс.= 0,76 мкм. Проведено теоретичний аналіз “кисневої” смуги з макс.= 0,65 мкм, що дозволило розрахувати параметри центра світіння та побудувати його енергетичну діаграму у конфігураційних координатах. Отримані також критерії спостереження аномальної температурної залежності інтенсивності цього світіння. Доведено, що ніелементарність смуги з макс.= 0,60 мкм, яка спостерігається у плівках ZnTe:Al, зв’язана з внеском у рекомбінацію двох типів випромінювальних переходів. Для обох переходів встановленi донорно – акцепторний механізм рекомбінації та природа центрів світіння. Дослідження ролі домішки літію у формуванні довгохвильової смуги з макс.= 0,75 мкм, дозволило встановити природу центра світіння цієї полоси, яким є асоціативний комплекс, що складається з власного дефекту - VTe та домішкового - LiZn. Досліджено також стабільність домішкової люмінесценції плівок ZnTe. Встановлено термо - дифузійний механізм деградації світіння у плівках, які леговані літієм при температурному відпалі при 500К. Люмінесцентні характеристики плівок, легованих алюмінієм і киснем при цих температурах відпалу стабільні та не залежать від часу зберігання.

Ключові слова: напівпровідникові плівки, довгохвильові смуги люмінесценції, внутрішньо – центровий механізм випромінювальної люмінесценції, електрон-фононна взаємодія, донорно-акцепторний механізм рекомбінації, центр світіння, асоціативний комплекс.

SUMMARY

Dali Abdul Kader. “LONG-WAVE LUMINESCENCE OF ZnTe THIN FILMS”.

Manuscript.

Thesis for a doctor philosophy degree by speciality 01.04.10-“physics of semiconductors and dielectric”.-Odessa I.I.Mechnikov State University,Odessa 2000.

In this dissertation were presented the results of research of ZnTe thin films luminescence, that is conditioned by the recombination in deep centers and can be registered in the wave length interval (0,6 – 1,0) m. The intracentral mechanism of radiation recombination of self activative luminescence with max=0,76 m was presented. The parameters of luminescence center were calculated and its energetic diagram in configuration coordinates was plotted. The criterions of observation of anomaly temperature dependency of luminescence intensity were also obtained. It was shown that non-elementary of band with max=0,60 m, that is observed in ZnTe:Al films is connected with the contribution of two types of emitting junctions in recombination. For both junctions the donor-acceptor mechanism of recombination and nature of luminescence centers was found.

The investigation of role of Li in formation of long-wave band with max=0,75 m allowed to determine the nature of luminescence center of that band, which is the associative complex, that consists of intrinsic defect - VTe and dоped- LiZn.

The stability of depended luminescence of ZnTe films was also researched. The termo-diffuse mechanism of luminescence degradation in films, doped by Li at the temperature baking 500 K. The luminescence characteristics of films, doped by aluminum and oxygen at this temperatures of baking are stable and don’t dеpend on the storage time.

Keywords: semiconductor films, long-wave bands of luminescence, intracentral mechanism of emitting recombination, electron-phonon interaction, donor-acceptor mechanism of recombination, luminescence center, associative complex.