Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ. 3
ГЛАВА I. ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСОВАНИЯ СОБСТВЕННЫХ И ПРИМЕСНЫХ
ДЕФЕКТОВ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
§ I.I, Теория ассоциатов точечных дефектов 9
§ 1.2. Вопрос о природе центров зеленого свечения CdS .15
§ 1.3. Фотоэлектрические и люминесцентные свойства соединений
ГЛАВА П. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. 27
§ 2.1. Измерение фотолюминесценции, фотопроводимости и термовысвечивания 27
§ 2.2. Методы А - и электромодуляции 28
§ 2.3. Метод модуляции угла поляризации для исследования ориентации анизотропных центров свечения 33
§ 2.4. Приготовление образцов. 37
ГЛАВА Ш. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ РАССМОТРЕНИЕ ДЕФЕКТОВ - КОМПЛЕКСОВ НА
ПРИМЕРЕ ОБРАЗЦОВ CdS : Go И CdS: Zn , ПРИ
МАЛЫХ ДОЗАХ ВНЕДРЕННЫХ ИОНОВ. 40
§ 3.1. Определение энергетического положения уровней и энергии локального комплекса, а также зарядового состояния его компонентов. 41
§ 3.2. Природа центров зеленого свечения ионно-импланти рованных слоев Cd S : Jn ( Ga ) при малых дозах внедрения 45
§ 3.3. Расчет основных параметров и формы полос люминесценции комплексов в системах CdS : In ( Ga ), образующихся при малых дозах внедрения. -2 Стр.
Выводы 56
ГЛАВА ІУ. ОБРАЗОВАНИЕ СОВДИНЕНИЙ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ОБРАЗОВАНИЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЭТИХ СОЕДИНЕНИЙ В РАСПЛАВЕ КАДМИЯ. 58
§ 4 1 Некоторые особенности переходов
§ 4.2. Свойства монокристаллов облученных ионами при больших дозах 59
Выводы 81
ГЛАВА У. ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ЦЕНТРОВ В СОЕДИНЕНИЯХ
Выводы 119
ОБЩИЕ ВЫЮДЫ 121
ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
Для создания элементной базы оптоэлектроники необходимо исследование оптических свойств новых и все более сложных полупроводниковых материалов. В этой связи особый интерес представляют широкозонные материалы типа A1» а имешо соединения СоІІтг2 9 и Cda2 9 . В них обнаружены эффекты оптической активности, световой памяти, вынужденного излучения и токовых колебаний / 1-9 /. Устойчивость к ионизирующей радиации, высокая термостойкость делают соединения типа АЪ S перспективными с точки зрения их использования в полупроводниковой технике / 10-- 15 /.
Эти материалы обладают яркой люминесценцией и высокой фоточувствительностью в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. В настоящее время соединения Сы1п2 S и Сс/аг 9 уже используются для создания детекторов видимого и ультрафиолетового излучения / 16,17 /, однако более широкое их применение ограничивается трудностями в получении чистых и совершенных монокристаллов и недостаточной изученностью их свойств.
Основные люминесцентные и фотоэлектрические свойства определяются спектром глубоких центров этих соединений. Эти центры формируются как собственными, так и примесными дефектами. Причем большое разнообразие собственных дефектов, характерное для столь сложных соединений, создает определенные трудности в интерпретации экспериментальных результатов. Оптические спектры в данном случае представляют собой набор нескольких широких бесструктурных полос, что затрудняет определение энергетического положения соответствующих уровней. Большую пользу здесь может представить использование методов модуляционной спектроскопии.
Важным является изучение природы глубоких центров соединений Cdlri S и Сыа S , Решение этого вопроса позволит управлять люминесцентными и фотоэлектрическими свойствами материалов, путем создания в процессе роста кристалла или его отжига нужных дефектов. Взаимодействие собственных и примесных дефектов может привести к образованию их комплексов, что должно проявиться в оптических свойствах. Изучение полупроводниковых соединений А В» / 28 / показало, что именно комплексы близко расположенных дефектов играют определяющую роль в процессах излучательной рекомбинации.
Другой важной задачей, связанной с использованием этих соединений является получение образцов или слоев с уменьшенным содержанием примесей. Дело в отом, что используемые методы выращивания либо требуют применения газообразного транспортера (йода), остающегося в монокристаллах (А-Ю см 3), либо протекают при высоких температурах, что приводит к вхождению неконтролируемых примесей в большой концентрации / 18,19 /.
Интересным как с научной, так и с практической точек зрения является получение соединений А %2 S4 методом ионной технологии / 20 /. Решение этой задачи открывает овозможность создания гетеропереходов на основе Cd7n2S и СоіЄа2 , что приведет к более широкому использованию этих материалов в твердотельной электронике.
Задачей диссертационной работы является:
Исследование глубоких центров соединений методами фотолюминесценции (ФЛ), фотопроводимости (Ш), примесного электропоглощения (Г1ЭП) и Л - модулированной ФЛ.
Исследование влияния отклонений от стехиометрии соединений на их люминесцентные и фотоэлектрические свойства.
Теоретическое рассмотрение модели комплекса двух близко расположенных дефектов и изучение таких комплексов в исследуемых материалах,
Изучение возможности образования соединений на поверхности сульфида кадмия путем ионной технологии.
Для решения поставленных задач были использованы как обычные методы исследования - фотолюминесценция, фотопроводимость и термовысвечивание, так и некоторые методы модуляционной спектроскопии - отражение и поглощение, модулированные внешним электрическим полем (электроотражение и электропоглощение) и люминесценция, модулированная по длине волны ( - люминесценция). Выбор модуляционных методик связан с их высокой чувствительностью и разрешающей способностью / 21,92 /.
В настоящей работе при исследовании спонтанной поляризации люминесценции скомплексов близко расположенных дефектов впервые разработан и применен метод модуляции плоскости поляризации, позволяющий экспериментально регистрировать производные различного порядка по углу поляризации.
В первой главе диссертации дается обзор экспериментальных и теоретических работ по исследованию люминесцентных и фотоэлектрических свойств сульфида, тиоиндата и тиогаллата кадмия» Рассматриваются также результаты теоретических работ, описывающих различного типа ассоциаты точечных дефектов.
Вторая глава посвящена методикам исследования. Раскрывается суть метода модуляции длины волны света и модуляции электрическим полем. Описан разработанный нами метод исследования ориентации анизотропных центров свечения в кристаллах - метод модуляции угла поляризации,
В третьей главе проведено теоретическое рассмотрение комплексов дефектов и получено выражение для формы полосы люминесценции, обусловленной такими центрами. Основные результаты теории проверены на образцах полученных при малых дозах внедренных ионов.
Четвертая глава посвящена исследованию свойств систем, полученных при больших дозах внедрения ионов в сульфид кадмия. Приводятся результаты сравнения свойств имплантированных слоев со свойствами тройных соединений Cdln Я и CdGaz S ф Показана также возможность образования слоев сульфида кадмия при обработке данных тройных соединений в расплаве кадмия.
В пятой главе определяются уровни глубоких центров и электронные переходы в соединениях. Изучается влияние легирования собственными дефектами и отклонений от стехиометрии на оптические и фотоэлектрические свойства данных соединений. Раскрывается природа некоторых их центров свечения и фоточувствительности.
В заключении сформулированы основные выводы и приведен список цитируемой литературы.
Основные результаты работы, выносимые на защиту:
I. Сравнение экспериментальных данных по люминесценции и поглощению комплексов дефектов, позволяет оценить энергию локального фонона и зарядовое состояние дефектов, а также расстояние между ними в основномиионизованном состоянии комплекса,
2. Схема электронных переходов при люминесценции и фотопроводимости специально не легированных кристаллов Cdln2 включает три глубоких уровня, расположенных на 1,33; 1,48 и 1,75 эВ ниже дна зоны проводимости и связанных с собственными дефектами Z Cd » сы и In » соответственно.
3. Примесь йода, содержащаяся в образцах СЫТп S и CdGa S , выращенных методом йодидного транспорта, образует комплексы Cc/ sJ » Л овни которых лежат ниже дна зоны проводимости на 1,66 эВ у CaIn2S и на 2,61 эВ у CdGa2 S 4. Изменение состава образцов ( O/S) ( Ga S )« в области гомогенности 0,988 4 х 1,008 сдвигает максимум свечения тио-галлата кадмия от 1,75 эВ до 2,0 эВ без изменения ширины запрещенной зоны.
5. Ионное легирование CdS индием и галлием приводит к образованию в нем комплексов l cd Cr/J или f Cd aCoiJ и дозах 2 Ъ І0І5см"2 с последующим отжигом при 420 °С- Т 520°С происходит формирование на поверхности CdS слоев соединений Cdln2 или СЫа2 S .
6. Отжиг монокристаллов Cc/Zn и CdGa2 S в расплаве кадмия при Т » 750°С приводит к обращованию сульфида кадмия, содержащего примесь индия или галлия, соответственно.
