Фотолюминисценция примесей и дефектов в твердых растворах на основе HgTe тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Академия наук Республики Узбекистан

г -

: П

9 ->

с 'Г

ОТДЕЛ ТЕПЛОФИЗИКИ

На правах рукописи

ГАДАЕВ Олим Асатович

УДК 539.219.1

ФОТОЛШШШСЦЕНЦИЯ ПРИМЕСЕЙ И ДОЕКТОВ В ТВЕРДЯ РАСТВОРАХ НА ОСНОВЕ Н^Те.

Специальность 01.04.07-Физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент - 1993

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Физико-техническом институте гол.А.Ф.Иоффо РАН и Ташкентском государственном педагогическом институте имени Низами.

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор В.И.ИВАНОВ-ОМСКИЙ

кандидат физико-математических наук Ш.У.ОДЦАШЕВ

Официальные о1шоненты: доктор физико-математических наук, - профессор С.З.ЗАЙНАЩЩШОВ

кандидат физико-математических наук Ю.В.ПАХАРУКОВ

Ведущая организация: Институт ядерной физики Академии наук

Республики Узбекистан

Защита диссертации состоится м НЛ 199^г.

в [Щ часов на заседании Специализированного совета ДК 015.90.21 в Отделе теплофизики Академии наук Республики Узбекистан по > адресу¡700135,Ташкент, м-в Чиланзар, квартал Ц,ул.Катартал,28

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке Академии наук Республики Узбекистан (700170.Ташкент, ул.МумшоваДЗ).

Автореферат разослан

/У,

Ученый секретарь Специализированного совета доктор (Виз.-мат.наук /^^Я/^И'"4- Х.ТЛГГЛМБЕРдаЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Наиболее интересными среда узкозошшх полупроводников и имеющими практическое применение в качеств;: приемников Ш-излучения явлшотся полупроводниковые твердые растворы (TP) СсСхНяi-xTk. (КРТ). Основное применение они нашли в качестве детекторов излучения, работающих в диапазоне 8-14 мкм. Однако следует отметить, что использование собственных приемников ПК-излучения, в которых детектирование излучения происходит за счет межзонных оптических переходов, привело к тому, что изучению собственных механизмов рекомбкпсцш било уделено повышенное внимание. В то не время исследованию при- ' месных и дефектных состояний и их роли в процессах излучатель-ной рекомбинации, а также вопросам легирования КРТ посвящено ограниченное количество работ. Именно примесные состояния определяют наиболее важные характеристики материала и изготовленных на его основе приборов, так как являются эффективными центрами рекомбинации для неравновесных носителей заряда. Широкое использование полупроводниковых TP КРТ сдерживается технологическими трудностями получения материала высокого качества и его легирования. Основные электрофизические параметры данного материала определяются в первую очередь собственными дефектами, обусловленным! отклонением от стехиометрии. В основном это связано с переходом ртути из твердой фазы и расплава в паровуи фазу. Для приближения материала к стехиометрическому, а также для контролируемого регулирования концентрации дефектов применяется длительная термическая обработка в насыщенных парах ртути. Это обстоятельство затрудняет также легирование данного материала традиционным методом термодиффузии.

Перспективным направлением создания полупрово,цинкового материала с равномерным распределением примеси является нейтронное трансмутаиионное легирование, которое широко используется при лигировании полупроводниковых материалов. Поэтому несомненный интерес представляет изучение влияния нейтронного легиррвания на фотоэлектрические и фотолюминесцентныо свойства КРТ. , :

Известно, что сплавы КРТ не обладают достаточной устойчивостью относительно образования дефектов структуры при внешние

воздействиях. Это обстоятельство предопределяв* пойск .других соединений на основе группы А^В^1, которые мо!\ш бы стать альтернативными для КРТ материалов и обладать большей стабильностью кристаллической решетки относительно образования дефектов. Перспективными с этой точки зрения, являются узкощелевые ТР содержащие цинк, такие как ¿Уц*(ЦРТ) и ¿я-х^-у^-х-^ (ЦКРТ). Одной из причин такого интереса является

возможность получения более совершенных МатериаДов< что обусловлено стабилизирующим влиянием ¿Ь. на слабую химическую связь М^Те..

Изучение связанных состояний в ТР на осйове МфТе представляет также большой научный интерес * так как эти ТР являются наиболее узкозонными полупроводниками; в которых в настоящее время наблюдаются эКситонЫ, локализованные на флуктуациях состава.

Таким образом^ актуальность настоящей работы обусловлена; во-первых, необходимостью изучения влияния нейтронного облучения на энергетический спектр и оптические свойства полупроводниковых ТР КЙ и, -во-вторых, необходимостью исследования примесей и Дефектов, а также влияния флуктуации состава на процессы излучатёльИой рекомбинации в узкозонных полупроводниковых сплавах КРТ И ЦКРТ, что очевидно, будет способствовать более глубокому пониманию физических процессов в полупроводниковых ТР на основе НдТе. и, следовательно, более целенаправленному-использованию их для создания оптоэлектронных приборов.

В качестве основного метода исследования была выбрана низкотемпературная. фотолюминесценция (ФЛ). §Л является одним из наиболее мощнйхи Ьрямых методов изучения примесей и дефектов, и имеет большое значение как метод исследования глубоких при-' месных центров. Изучение температурной зависимости максимума межзонной полосы ФЛ дает важную информацию о влиянии беспорядка на вид плотности состояний полупроводниковых ТР.

Целью работы является исследование с помощью ФЛ энергети- . ческого спектра примесей и дефектов в нейтронно-легированном . ' и в четверных ТР Н^.^Т*».

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- показано, что в нейтронно-легированном СсСу Н^Тё (х=Д,3)

счет увеличения легирующих примесей и дефектов излуча^ель-реком&шавдя происходит о участием непрямых переходор рераетоведных носителей заряда. Впервые определена глубина зщвтцшщ акцепторного уровня атомов золота, введенных с помощью нейтронной трансмутации;

- устат/делено, что в результате нейтронного ,о(]?:учеи№ шрипа запрещенной зонн КРТ не изменяется, а следов^уедао, не изменяется и состав материала;

- в узкозошшх четверных соединениях

у=0,.07) р-типа впервые обнаружено двухзарядное состояние вакансий атомов ртути с энергиями залегания Ед^- - 10 мэВ и Ед2=50 мэВ;

- обнаружено, что при ,низких ►температурах (Т .<£ 40 К) в

(х = 0,20; у = 0,:97-) лздучательная рекомбинация .происходит с участием экситонр^ резанных на фдуктугндаях состава;

- по положению максимума межзонной полосы излучения определена величина спада хвоста длотности состояний в

у

- впервые предложены соотношения для теоретического расчета величины хвоста плотности состояний полупроводниковых -детрер-ных ТР.

Практическое значение. В результате проведенной работы показано, что метод нейтронного трансмутационного легирования является эффективным методом введения атомов Ли. как акцепторов для получения материала КРТ р-тлпа проводимости с низкой и регулируемой концентрацией дырок, что позволяет повысить чувствительность приемников изготавливаемых на основе ТР КРТ. Исследования примесей и дефектов в ЦКРТ методом ФЛ показали возможность применения данного материала как альтернативного ТР КРТ. :

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В спектре' фотолюминесценции нейтронно-легированного

(х = 0,3) наблюдается появление примесной полосы, обусловленной акцепторами с Ед = 19-22 мэВ, которые введены с помощью ядерной трансмутации

^ы)^1;: -—- ■

2. Излучательная рекомбинация в нечтронно-легированном

(х = 0,3) происходит с участием непрямых переходов .

неравновесных носителей заряда, что связано с увеличением концентрации примесей и дефектов при нейтронном облучении.

3. В спектре фотолюминесценции узкозонных четверных соединений СЛу(х = 0,20; у = 0,07) р-типа обнаружено двухзарядное состояние вакансий атомов ртути с энергиями залегания ЕА2 = 10 мэВ и Еда = 50 мэВ.

4. В четверных твердых растворах ¿и* ^(х =0,20; у = 0,07) при низких температурах (Т 40 К) издучательная рекомбинация происходит с участием экситонов, локализованных на флуктуациях состава.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ташкент, 1989 г.), П Республиканской конференции по физике твердого тела (Ош, 1989 г.), П Всесоюзном семинаре по проблеме »Физика и химия полупроводников" (Павлодар, 1989 г.), I Национальной конференции .Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992 г.),а также на семинарах лаборатории фотоэлектрических явлений в полупроводниках ФТИ им.А.Ф.Иоффе, кафедры общей и экспериментальной физики ТашГПИ имени Низами и на Объединенном научном семинаре Отдела теплофизики Академии наук Республики Узбекистан.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 9 печатных работах. <>

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и содержит 83 страницы машинописного текста, 29 рисунков, I таблицу и список литературы из 82 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранных направлений исследования, сформулирована цель, отмечены научная новизна и практическая значимость исследования, изложена структура диссертации и приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе, имеющей обзорный характер, приводятся основные сведения о полупроводниковых ТР К"Т и ЦРТ. В ее первой части анализируются известные в литературе результаты, связанные с и^лучательной рекомбинацией в сплавах КРТ. Особое внимание при анализе литературных данных уделяется <Т>1 природштх

дефектов в KPT. Спонтанное излучение наблюдаемое на образцах (j£t hUhXTe. состава 0,18 X ¿0,37, состоящее из одной полосы излучения приписывается межзонной излучательной рекомбинации. Для кристаллов р-типа проводимости состава х = 0,3 спектры ФЛ представляют собой две широкие полосы излучения, энергетическое расстояние между которым! составляет порядка 13-15 мэВ. Коротковолновая полоса приписывается переходам свободных электронов на акцепторный уровень, природа которого связывается с собственшл.щ дефектами кристалла - с вакансиями атомов ртути. В Те,

и п- и р- Cd<L4gHgi>.5jLT&. кроме указанных полос люминесценции, в промежуточной области энергий наблюдалась третья полоса излучения, которая обусловлена излучательной рекомбинацией связанные экситонов. Систематическое исследование температурной зависимости максиму!,ia ФЛ позволяет определить экспериментально энергию связи экситонов. Эта энергия связи по параболическому закону зависит от состава - как функция разупорядочениости Х(1-Х).

Во втором раздело приводится обзор работ, посвященных влиянию нейтронного облучешш на электрофизические и фотоэлектрические свойства КРТ. Рассматриваются технологические аспекты нейтронного трансмутационного легирования КРТ. Для интервала доз облучения Ю13 - Ю1^ см-2 при Т = 333 К характерно снижение отношения дгс/йф с ростом дозы облучения. Наблюдается резкое уменьшение времени жизни за счет образования дефектов реком-бинационного типа с энергией активации вблизи середины запрещенной зоны. Обнаружены следующие общие закономерности: увеличение концентрации равновесных носителей тока в образцах п-типа и уменьшение ее в материале р-типа с увеличением дозы нейтронного облучения, что обусловлено преимущественным введением донорных центров.

Третий раздел содержит обзор работ, посвященных исследованию ФЛ твердых растворов ЦРТ, как альтернативного материала твердым растворам КРТ. Наблюдение оптически переходов в ЦРТ при 80 К связанных q, экситонами, является одной из особенностей, которая раньше не наблюдалась в TP КРТ, Это подтверждает то, что ЦРТ может быть выращен хорощего качества. Исследования ЦРТ показали, что основные энергетические параметры этих IP и КРТ весьма близки, Следунт отметить, что при введении £ц в КРТ ожидается ого стабилизирующее действие на связь , в результате структур-

иые ir механические свойства ЦКРТ должны улучшаться по сравнению с КРТ, а' электронные при этом остаться такими же. Так как ЩСРТ является новым материалом в ИК-оптоэлектронике, то его оптические свойства практически не изучались. Частично удовлетворить интерес в этом вопросе предстояло в данной диссертационной работе .

На основе анализа.литературных данных в заключении первой главы сформулирована постановка задачи.

Во второй главе содермтся описание используемой в настоящей работе экспериментальной установки для исследования ФЛ в полупроводниках в ИК-области спектра при низких температурах. Для исследования спектров ФЛ узкозонных полупроводниковых материалов использовалась установка, собранная на основе спектрального вычислительного комплекса КСВУ-23, спектральный диапазон которого благодаря наличию набора дифракционных решеток составляет I-I2 мкм. Оптический узел, передающий излучение образца к анализатору спектрометра, состоит из длиннофокусного объектива.

Низкотемпературные исследования проводились в гелиевом криостате. К нижнему концу нейзильберовой трубки с двумя линзами крепился медный стаканчик с держателем образца и источником возбуждения. В качестве источника возбуждения использовался полупроводниковый гетеро.лазер QcLnAí\-%Ai (ДД-16) с энергией кванта 1,45 эВ при Т = .4,2 К. Мише размеры гетеролазера дали возможность разместить его в непосредственной близости от образца. Для регистрации излучения ФЛ в зависимости от исследуемого диапазона Hai.ni были использованы два фотоприемника: йотоприем-ник на основе <£е ••Mj. и фотоприемник Зп , работающие при температуре жидкого азота.

Однако данная установка не позволяет проводить исследования спектров ФЛ в широком температурном интервале, связанной с тем, что мощность гетеролазера сильно падает о повышением температуры. Поэтому для исследования температурного поведения спектров ФЛ твердых растворов КРТ и ЦКРТ использовалась установка, собранная ■ на основе инфракрасного спектрометра ИКС-21 с дифракционной • решеткой 200 штр/мм, позволяющая проводить измерения в .диапазоне длин волн 2-G мкм. Возбуждение люминесценции осуществлялось ьнеыним твердотельным лазером Л'Ш-301 с оптической накачкой на основе Л;с1: УА& • работающем в непрерывном одномодовом решило

с дяиной волны излучения 1,06 мкм.

Следует отметить, что ФЛ узкозонных полупроводников имеет свои особенности заключающиеся в следующем:

а) при высокой концентрации неравновесных носителей заряда более вероятной становится безызлучательная Оже-рекомбинация;

б) наблюдение мелких* связанных состояний в спектре ФЛ возможно при рекомбинации на достаточно большом удалении от поверхности, где они не экранируются большой концентрацией неравновесных электронов и дырок;

в) в то же время присутствие в спектре ФЛ мелких связанных состояний зависит от состояшш поверхности, так кат? при большой скорости поверхностной рекомбинации носители не достигают тех областей объема, где мелкие состояния не экранируются фотовозбужденными носителями заряда.

Антимонид индия - является классическим представителем узкозонных, полупроводников, обладает высоким совершенством и в настоящее время может быть получен очень высокой чистоты с содержанием посторонней примеси см~^.

С другой стороны Зп£4 имеет аналогичную зонную структуру о узкозонными полупроводниковыми твердыми растворами ifl В^1. В последнее времл исследования магнитофотолюминесценции позволило обнаружить в слабые связанные состояния (экситоны, экситонпримесные комплексы и т.п.). Поэтому для обоснования методики эксперимента и полного выявления,возможностей экспериментальной установки исследовалась низкотемпературная магнито-фотолкминесценция структуры, состоящей из эпитаксиальной пленки нелегированного At./-в толщиной ->-5 мкм на квазиполуизолирумцей подложке р- 3-п с р =7.Ю12 см"3 при Т = 77 К.

Особое внимание уделено подготовке образцов п методике исследования ФЛ нейтронно-легированного КРТ. Исследование ФЛ нейтроннолегированного КРТ состоит из трех этапов. Первый этап: подготовка образцов и исследование ФЛ исходных TP КРТ. Второй этап: нейтронное облучение кристаллов КРТ и трети'! этап: подготовка нейтроннолегировашшх образцов к ФЛ и его исследование.

В третьей главе излагаются результаты исследования влгянга нейтронного облучения на'электрофизические, фотоэлектрические и (Тютотгамипесцентння свойства TP CcL^ H^hxTe. (х=0,Р-0,3).

В первой части рассмотрены вопросы влияния нейтронного облучения на электрофизические свойства ТР И^нхТе. (х=0,2-0,3). Обличение в ядерном реакторе флюенсами тепловых нейтронов 10 - Ю-'-® см показало, что имеет место более сложный характер воздействия нейтронного облучения, при котором в материал вводятся одновременно дефекты донорного и акцепторного типа. При этом радиационные дефекты донорного типа вводятся в основ- ' ном за счет быстрых нейтронов, а образование акцепторов обусловлено ядерным легированием золотом, в результате ( п. )-реак-ций

ЧиГм^г--л«;;*.

Облучению подвергались образцы п- СсСх состава

х = 0,2-0,3. Нейтронное облучение производилось в вертикальном канале ВВР-СМ Института ядерной физики АН РУз в диапазоне фяго-енса тепловых нейтронов 5«10*® - Ю18 см"2 при температуре не выше 70°С. Температурные зависимости постоянной Холла образцов . СЫ.хН$1-хТе. для состава х = 0,24, облученных различными Флюенсами нейтронов показывают, что облучение приводит к увеличению концентрации равновесных электронов, что свидетельствует о преимущественном введении донорных центров с повышением дозы. Однако холловские характеристики облученных образцов состава х = 0,21 не показывают такой четкой тенденции увеличения концентрации донорных центров с повышением дозы, а скорее свидетельствует о преимущественном введении центров акцепторного характера. Подобные изменения наблюдались и для облученных образцов состава х = 0,3. Температурные зависимости постоянной Холла этих образцов имеют либо аномальный вид, либо показывают дырочный тип проводимости.

Такие неоднозначные изменения электрофизических параметров образцов можно связать со сложным характером воздействия нейтронного облучения, когда одновременно вводятся дефекты донорного и акцепторного типа, концентрация которых сильно зависят от.исходных параметров материала.

Для устранения введенных облучением р. диационных дефектов и выявления роли, полученных в результате ядерных реакций примесей проводился изотермический отжиг облучегнпк образцов. Температурные зависимости коэффициента Холла образцов х=0,24

пос яб термического отжига при Т = 220°С в течение I часа показывают, что у образцов, облученных флюенсом тепловых нейтч ронов ТО17 см-2 и вше, наблюдается дырочный тип проводимости, причем отчетливо видна дозовая зависимость концентрации дырок.

Нейтронное облучение приводит к возникновении значительного количества новых готических элементов вследствие ( ) -реакций на тепловых нейтронах. Из всего многообразия ядерных реакций в КРТ можно выделить три основные, облачающие наибольшей эффективностью:

т

г**; ыЦ > ¿«Г

43 лоЗ

№

А I

Теоретическая оценка концентрации образующихся Ли , Тс , Зп.и5 Для Флюенса нейтронов см-^, составляет соответственно: 4* 10 см"3, !• 10 см-3, 1,5-Ю14 см-3. Согласно проведенной оценке, наиболее эффективной является ядерная реакция с образованием атома золота, которая в несколько раз превосходит вероятность образования атомов таллия и индия.

Далее рассматриваются результаты экспериментальных исследований влияния нейтронного облучения на время жизни неравновесных носителей заряда в ТР Сс1х Я^.хТ-е.- состава х = 0,2. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами показывает, что во всем исследованном интервале температур 77-300 К время жизни опоеделяется межзонной оже-рекомбинацией. Уменьшение времени жизни при Т = 77 К после нейтронного облучения обусловлено лишь увеличением равновесной концентрации носителей заряда.

В работе с целью более детального'исследования трансмута-ционно-легированного СсСх (х = 0,3) била изучена

ФЛ облученного материала. Спектр ФЛ образца до нейтронного облучения состоит из двух полос излучения. Коротковолновая полоса излучения обусловлена межзонной издучательной рекомбинацией, а длинноволновая - излучательной рекомбинацией с участием акцепторов. Энергия ионизации акцепторов составляет ~14 мэВ и опре-

делилась по энергетическому расстоянию между межзонной и примесной полосами излучения. Коротковолновая полоса излучения в нейт-ронно-легированном материале КРТ совпадает по своему энергетическому положению с полосой межзонной излучательной рекомбинации необлученного материала, что свидетельствует о том, что в результате нейтронного облучения ширина запрещенной зоны не изменяется, а следовательно не изменяется и состав материала. Вместе с тем, однако, наблюдается различное температурное смещение максимумов полос межзонной рекомбинации в исходном и нейт-ронно-легированном образцах. Максимум-полосы в исходном образце смещается согтсно Е^^СГ) = Е^ (Т)+кТ, тогда как в нейтронно-легированном образце смещается согласно Е^^СТ) = Е^ (Т)+2 кТ. Смещение полосы излучения 2 кТ свидетельствует о том, что излучательная рекомбинация происходит с участием непрямых переходов неравновесных носителей заряда /I/. Данное обстоятельство связано с тем, что при нейтронном облучении увеличивается концентрация примесей и дефектов в материале КРТ.

В спектре ФЛ нейтронно-облученного образца появляется о дополнительная более длинноволновая полоса излучения ( £, А*.) i связанная с более глубокими акцепторами с Ед = 19-22 мэВ, которые обусловлены атомами золота, образующимися в результате нейтронной трансмутации. По данным экспериментальных исследований \ температурной зависимости полуширины, были «деланы оценки концентрации акцепторов = 2*10 см-3 и степени компенсации К = 0,85. Тогда величина = з-ю15 см"3, что хорошо

согласуется по порядку величины с концентрацией дырок, определенных из холловских измерений.

Четвертая глава посвящена ФЛ в твердых растворах ЦКРТ. В первой части главы приведены результаты исследования излучательной рекомбинации в TP inai,o CcLaot = 360 мэВ ПРИ т = 4,2 К) п- и р-типа проводимости. Вначале анализируются полученные в результате измерений спектры ФЛ. Они имеют более богатую-структуру, чем представленные ранее в литературе спектры ФЛ для эпитаксиальных слоев КРТ и ЦРТ. Вне зависимости от типа проводимости в спектрах ФЛ наблюдалась коротковолосая полоса Л, обусловленная межзонной излучательной рекомбинаи:;°Г', и длинноволновая полоса В, связанная с рекомбинацией на (.'•'чепторе с 71-, = ;:о "эВ. В спгктрп ЭД образца р-ткча проро-: лети присут-

ствовали, кроме того, примесные полосы В^ = 10 мэВ и =50 мэВ. Для выявления характера этих полос излучения исследовались температурные зависимости спектров ФЛ. Полоса А в спектре ФЛ образца п-типа наблюдалась почти до комнатных температур, что подтверждает ее межзонный характер. Полоса В гасла с повышением температуры и при Т 80 К исчезала, что подтверждает ее связь с примесью. В спектре ФЛ образца р-типа полоса (£ ,А,) доминировала вместе с полосой А до температуры 15 К, что говорит об участии в излучательной рекомб1Шации наряду с межзошшм процессом, мелкого акцептора с Е^ = 10 мэВ, который является первым зарядовым состоянием вакансий атомов И^ . 0 повышением температуры, когда становятся ионизированными мелкие акцепторы и полосы ( ) и В в спектре отсутствуют, в излучательный

процесс включается более глубокий акцепторный уровень с ЕА2 = 50 мэВ, который является вторим зарядовым состоянием вакансий атомов ртути. Температурные зависимости максимума межзонной полосы излучения для образцов п- и р-типа проводимости совпадают в пределах экспериментальной ошибки. Они имеют два характерных линейных участка с различными наклонами. При Т > Т0 —60К . угол наклона этой зависимости почти совпадает с рассчитанными, что свидетельствует о межзоннои характере люминесценции в этом температурном интервале. При Т г. Т0 с ростом температуры положение максимума смещается в сторону больших энергий почти линейно, однако скорость этого смещения существенно больше <¿£^/<¿7". Зависимость полуширины коротковолнового пика от температуры также имеет некоторый излом при Т = Т0.

Очевидно, что причиной описанных выше особенностей спектра ФЛ вблизи Т0 служит изменение характера излучательной рекомбинации при Т^Т . Сравнительно небольшая концентрация мелких примесных центров (¿б-Ю*0 см~3), с одной сторони, и значительная ширина полосы излучения (~10 мэВ) - с другой, дают основание полагать, что при низких температурах основной канал излучательной рйкомбинации связан с носителям! заряда, локализованными в хвостах плотности состояний. При низких температурах коротковолновая полоса ФЛ обусловлена рекоийэтацкеЗ экситонов, связанных на флуктуациях состава. Наличио в споктре образна р-типа полосы ( Л, ), имеющий идентичную с полосой А зависимость от температуры, мы связываем о рекомбшпщиоН г.лс-кгрша,

локализованного в хвосте, и дыркой на акцепторе, образующей о электроном кулоновскую пару. Таким образом, установлено, что при низких температурах (Т 40 К) излучательная рекомбинация происходит с участием экситонов, локализованных на фдуктуациях состава. Используя известное из литературы соотношение между величиной хвоста Е0 и положением максимума ФЛ Ет, была определена величина хвоста Е0 = 3 мэВ. Теоретическая оценка этой величины, сделанная по предложенному нами соотношению для четверных ТР: £

^ к•

с - ñ3Lm- тт

С ос.

где «£,= cLEg/dX, dEg/dy, М - _ трансляцион-

ная масса экситона, С = 178 /2/, дает значение Е0 = 5 мэВ.что неплохо согласуется с экспериментальными данными.

Далее рассматриваются результаты исследования спектров ФЛ эпитаксиальных слоев ЦКРТ с различным содержанием цинка и кадмия. С повышением количества Zn. в слое (при постоянном содержании CJL ) величина хвоста плотности состояний увеличивается. Это обусловлено тем, что с ростом концентрации замещающих атомов соответственно растут флуктуации в твердом растворе.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

1. При облучении' ti- Uxty-xTe. (х = 0,2-0,3) тепловыми нейтронами флюенсом ГО*'' - 10*® см-2 и последующем термическом отжиге в насыщенных парах ртути образуется материал р-типа проводимости, концентрация дырок в котором завиоит от дозы облучения. Наиболее вероятным источником акцепторов является ядерная реакция —* что подтверждается активационным анализом. Концентрация введенной примеси золота при флюенсе тепловых нейтронов 2>10*8 см-2 составляет 4/д = 1,7«Ю*5 см"3.

2. Сравнение экспериментальных данных о теоретическими расчетами показывает, что в интервале температур 77-300 К время жизни неравновесных носителей в нейтронно-легированных образцах'

Cdx (х = 0,24) определяется оже-рекомбинацией.

Уменьшение времени жизни при Т = 77 К после нейтронного легирования обусловлено увеличением равновесной .концентрации носи-

телей заряда.

3. Коротковолновая полоса излучения в спектре ФЛ нейтронно--легированного (х = 0,3) совпадает по своему энергетическому положению с полосой межзонной излучательной рекомбинации необлученного материала, что свидетельствует о том, что в результате ¡гейтронного облучения ширина запрещенной зоны не изменяется,' а следовательно, не изменяется и состав материала.

4. В спектре ФЛ нейтронно-облученного образца появляется дополнительная более длинноволновая полоса излучения ( & , Л^ ). Энергетическое положение этой полосы относительно межзонной полосы излучения составляет 19-22 мэВ. Более глубокая по сравнению с исходным образцом примесь в нейтронно-облученном образце связана о акцепторами, возникающими в результате нейтронной трансмутации, т.е. атомами золота.

5. Наблюдается различное температурное смещение максимумов полос межзонной рекомбинации в исходном и нейтронно-легирован-, ном образцах. Максимум полосы в исходном образце смещается согласно Епа1С(т)- кТ I тогда как в нейтронно-легированном образце смещается согласно Ст) =Еу(Т~)+ ^кГГ . Смещение полосы излучения ~2 кТ свидетельствует о том, что излучатель-ная рекомбинация происходит с участием непрямых переходов неравновесных носителей заряда. Данное обстоятельство связано с тем, что при нейтронном облучении увеличивается концентрация примесей и дефектов в СсСхН$!-хТе. (х = 0,3).

6. Наблюдается также немонотонное изменение полуширины межзонной полосы излучения с увеличением температуры в нейтронно-легированном СсЬхИ^!.х.Те (х = 0,3), которое связано со специфическим механизмом уширения, обусловленным переходом от коррелированного распределением зарядов на примесях к хаотическому при увеличении температуры. По данным экспериментальных исследований, были сделаны оценки концентрации акцепторов

= 2-Ю16 см"? и степени компенсации К = 0,85. Тогда величина Ад = 3-Ю15 см-3, что хорошо согласуется по порядку величины с концентрацией дырок, определенных из холловских измерений. , •

7. В результате проведенных исследовашй показано, что после отжига эпитаксиалъннх слоев ¿П-ало^ао) в

насыщенных ггарах ртути в спектрах ФЛ при гелиевых температурах наблюдается примесрая полоса излучения обусловленная акцептором Eß = 20 мэВ для образцов п- и р-тица проводимости. В спектре ФЛ образца р-типа присутствуют, кроме того, две примесные полосы с акцепторными уровнями Ед^ = 10 и Еда = 50 мэВ, которые связаны с различными зарядовыми состояниями вакансий атомов ртути.

8. Показано, что при низких температурах (Т < 40 К) излу-чательная рекомбинация is эштаксиальшх слоях ¿/txCdy происходит с участием экситонов локализованных на флуятуациях состава. Величина хвоста плотности состояний в четверных твердых растворах ЦКРТ зависит в основном от -содержания давка в сплаве.

9. Предложены соотношения для теоретического рас-^еда величины хвоста плотности состояний полупроводниковых четвертых твердых растворов в случае корневой и квадратичной зависимости от энергии показателя плотности состояний.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Бадаев O.A., Кутехов Н.В., Юлдашев 111.У. Текомбинационные параметры нейтронно-легированного теллурида-кадмия-ртути.-

В кн.: Тез.докл.Всесоюзн.конф. по фотоэлектрическим явлениям' в полупроводниках.- Ташкент, 1989.-С.35'.

2. Гвдаев O.A., Кутехов Н.В., Шамухамедов Ш.Ш., Юлдашев Ш.У. Нейтронное облучение теллурида-кадмия-ртути.- В кн.: Тез. докл. П Республиканской конференции по физике твердого тела.-Ош, 1989.-С.217.

3. йдаев O.A., Кутехов Н.В., Шамухамедов И.Ш., Юлдашев Ш.У. Примеси и дефекты в нейтронно-облученном CcL^llcj^^Te.. -В кн.: Материалы П Всесоюзного Пршлеси и дефекты в узкозонных полупроводниках".-Павлодар, 1989.-С.126-129.

4. Иванов-Омский В.И., Смирнов В.А., Юдцашев Ш.У., Гадаев O.A., 'Стрэдлинг P.A., Ферпосон И. Фотолюминесценция эпитаксиаль-ного слоя на кваэиполуиз олирующьл подложке p-CUif£~ //ФТП,1992.-Т.26.-В.З.-С.413-419.

5. Ившов-СУгский В.И., Кутехов Н.В., Смирнов В.А., Иддамев Ш.У.,

Гадйев Ö.-A. Нейтронное облучение Cd-^ ^¡.¡Je-■ //И'И, 1992 i-Т.26.-В.З.-С.420-426.

6. Гадаев 0.Ait Иванов-Омский В.И., Кутехов И.В., Смирнов В.А., Юдцашев Ш.У» Исследование дефектных состояний в нейтронно-легированном CcLiH^hXТе- фотолюминесцентшм методом -

В кн.: Тез^докл. Первой Национальной конференции ..Дефекты в полупроводниках".-Санкт-Петербург, 1992.-С.60.

7. Андрухив A.M., Гадаев O.A., Иванов-Омский В.И., Миронов

К.Е., Смирнов В.А., Юлдашев Ш.У., Цидильковскяй Э.И. Примь-си и дефекты в эпитаксиальных слоях Zß.x СсС^И^^.^Те. -В кн.: Тез.докл. Первой Национальной конференции «Дефекты . в полупроводниках".-Санкт-Петербург, 1992.-С.61.

8. Андрухив A.M., Гадаев O.A., Иванов-Омский В.И., Миронов К.Е., Смирнов В.А., Юлдашев Ш.У., Цидильковский Э.И. Фотолюминесценция эпитаксиальных слоев Cdq Ил^-чТе. //ФПГ, 1992.. Т. 26.-В.7.-С.1288-1294.

9. Андрухив A.M., 1Ьдаев O.A., Иванов-Омский В.И., Нвдильков-ский Э.И. Хвосты плотности состояний в твердых растворах

; In-^Cd^H^.^Te. //ФТП, 1993.-Т.27.-В.2.-С.352-355.

ЛИТЕРАТУРА '

1. Hu-hlez П., ГАсШ1 Т.е. IflÄppij mi.jV. ¡-¿-pim-sits.

2, Барановский С.Д., Эфрос А.Л. Размытие краев зон в твердых растворах //ФТП, I978.-T.I2.-B.II.-C.2233-2237.

асосидаги котитмалярда аралашма вп нуксонлар фотолюминесценция^

Ярим утказгичли Са(-Х ^-¡-хТе. (КСТ) котгамаларнинг энергетик споктрн вп оптик хусусиятига нейтронларнинг таъсирини хам-да (РКСТ) фотолюминесценципсига цотишма

таркиби флуктупцичсининг таъсирини Урганиш мухим пхаминтгп эга.

Ыазкур ищиинг мацсади - фотолюминесценция методи ёрдами-да нойтронлар билан нурлантирилган КСТ ва турт компонентли РКСТ цотишмаларида аррлашма ва нуксонларнинг энергетик, спектрини тадкиц килишдир.

Нейтронлар билан нурлантирилган КСТда исси^ нейтронлар туфайли буладиран ядро реякцияси нотизгясида хосил булган олтин отомляри врялашмаси топилди ва унинг энергетик холати аницлан-ди. Нурланиш чизири ярим кенглигининг хлроратга борлицлигидан нейтронлар ёрдамида ^осил цилинган акцепторлар концентрацияси пп компенсация даражаси хисоблаб топилди.

Н/Яе. асосидаги ярим утказгичли котишмаларда акцепгорлар-нинр кушзарядли холати кузатилди. Бундай акцепторлар симоб атомларининр буш Уринлари хисобига хосил булади.

Наст гелий хароратларида РКСТда содир булаётган нурланиш билан рУй берадиган рекомбинация ходисаси, чотишш таркиби флуктуацияси натижасида хоснл булган холатлар зичлигининг че-гарасида йирилгпн экситонлар игатирокида содир булиши кУрсатиб берилдн. ТУрт компонентли цотишмалар холатлар зш-тлиги чегаря-сининр катталггини хисоблаш учун назарий ифодалар таклиф этил-ди. Оптимал флуктуация методи ёрдамида РКСТ цотишмаляри холатлар личлкги чегпрасининг циймати х,исоблаб топилди.

Photoluminescence of impurities and defects in HgTe - based solid solutions

The studying of influence of neutron irradiation on the energetical spectrum and optical properties of semiconducting solid solutions \\q,_%CdJe. tHCT) and also influence of components fluctuation on radiative recombination in .x.yCduTe (2MC1)

is actual.

The purpose of this ucrk is the investigation by photolumin-escense of energetical spectrum of impurities and defects in neu-trondopede MCT and in solid solutions of ZMCT.

In the work the inpurity of gold in neutron - irradiated HCT introduced by neutron transnutation reaction has been found.The impurity depth level in the gap this material has been determined. Concentrations of acceptors and compensation degree in neutron -doped material has been determined from the changing of haef-width of radiative band depending on the temperature.

In HgTe.- based solid solutions two-charged states of acceptors vacancies of hydrargium atoms hasbeen detected.lt is discovered, that at lou helium temperatures, radiative recombinations in ZMCT is due to excitons localised on the tails of bands in a gap.

The expressions for the theoretical calculations of band tails in semiconducting solid solution, including four components, are proposed. The value of band tails has been calculated by the method of optima.1 fluctuation.

Подписано к печати 12.1Ф.?Зг. Заказ 254 тираж 100 экз.

Отпечатано на ротапринте Й5АН Республика Узбекистан г.Ташкент ул. Мучияом 13