Кислород в сульфиде кадмия и его влияние на оптические свойства тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГб од

На правах рукописи

МОРОЗОВ Александр Владишрович

КИСЛОРОД В СУЛЫИДЕ КАДШЯ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата ({изико-математических наук

Москва, 1993 г.

Работа выполнена на кафедре "Полупроводниковые прибору" Московского энергетического института. ' •••"

Научный руководитель: доктор физико-иатемгтических наук, профессор МОРОЗОВА Н.К.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических кауы, профессор ЮШТЕНКО В.А.

научный сотрудник, кандидат физико-матеиатическнх наук СКАСИРСКИЙ Я.К.

Ведущая организация: институт Кристаллографии All PO.

Защита состоится 14 мая 1993г. в ьуд. Г-400 в _Г7. час. 00 иин. на заседании Специализированного Совета K-063.I6.08 Московского янергетичаского института.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим присылать по адресу: 105835 ГСП, Е-250, Москва, Красноказарменная ул., д.14. Ученый совэт МЭИ.

С диссертацией мокно ознакомиться б библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан " 1993г.

Ученый секретарь Специализированного Совета К-053.16.08

к-1-м.н., доцент

КАРЕТНИКОВ И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы.

Сульфид кадмия традиционно считается одним из наиболее перспективных материалов оптоэлектроники. В настоящее время он находит широкое применение в производстве фотоприемников, лазеров, светодиодов, люминесцентных и лазерных экранов, других средств индикации. Ведутся разработки по созданию на основе сульфида кадмия датчиков регистрации излучения и частиц, солнечных элементов, а такке устройств оптической логики. Рабочий спектральный диапазон Сс£»5Г соответствует видимой области спектра. Однако, природа многих полос свечения самоактивированного сульфида кадмия до настоящего времени не ясна. Предполагается, что они связаны с собственными точечными дефектами, возможно, с кислородом или их комплексами. При ятом полностью отсутствуют сведения об изменении ансамбля собственных точечных дефектов как и концентрации кислорода с отклонением от стехиометрии. На ясна температурная зависимость растворимости кислорода в Сс13 • Не были исследованы оптические свойства реального сульфида кадмия как функция условий выращивания и содержания в нем кислорода. Все эти данные могут оказаться определяющими для развития технологии сульфида кадмия.

Цель исследования. Нами были предприняты исследования оптических свойств и содержания кислорода для монокристаллов сульфида кадмия, полученных основными современными методами. Впервые удалось провести исследования на монокристаллах (Яй с известным задрнным широким диапазоном отклонения от стехиометрии, полученных методом ориентированного наращивания на затравку при контролируемом давлении паров компонентов. Цель исследования состояла в выяснении природы полос излучения самоактивированного сульфида кадмия, влияния кислорода и стелет отклонения от стехиометрии на оптические свойства реального сульфида кадмия.

Задачи диссертационной работы

1. Исследование механизма дефектообралования, типа и концентрации собственных точечных дефектов в сульфид:.1 кацшя в зависимости от условий его получения.

2. Доказательство участия кислорода в люминесценции сульфида кадмия, не подверженного специальному легированию. Выявление основных эффектов в изменении оптических свойс.в, связанных с внедрением кислорода в решетку. Выяснение спектра изог»лектронной примеси кислорода в СЫ5.

3. Изучение растворимости кислороде, в Сс!3 в пределах области гомогенности, определение температурной зависимости растворимости и форм вхождения кислорода в решетку. Исследование фонового загрязнения кислородом образцов, получаемых различными современными методах«.

4. Исследование трансформации спектра сульфида кадиил при ионном легировании кислородом и изучение однородности распределения кислорода в кристалле.

Методы исследования

Для решения поставленных задач было проведено комплексное исследование спектров катодолюиинесценции, кикрокатодолюмкнес-ценции, фотолсминесценции, фотовозбуждения, отражения, зависимости люминесценции от интенсивности возбуждения и температуры в сочетании с изучением особенностей структуры кристаллов.

Общее содержание кислорода в образцах измерялось прецизионной методикой газохроматографического химического анализа. Для определения химического состава участков поверхности и микрообразований использовался рентгеновский микроанализ.

Микроструктура кристаллов исследовалась в растровых электронных микроскопах.

Научная новизна работа

Впервые выяснено, что кислород в ионокристеллах сульфида кадмия, получаемых современными методами, присутствует на уровне сильного легирования >10®см~^. При этом его содержание в СПБ мозе» меьяться в пределах 3—1 порядков в зьгаошоста

от условий получения.

Впервые определена зависимость растворимости кислорода в СЫЭ от степени отклонения от стехиометрии.

Впервые изучена зависимость оптических свойств сульфида кадмия от концентрации и типа собственных точечных дефектов с учетом присутствующего в нем кислорода.

Впервые показаны: роль кислорода в краевом и красно-оран-кевом само активированном свечении £¿¿5 . зависимость ИК-области спектра Сс£$ от степени отклонения от нестехиометрии. Обнаружен аффект усиления якситон-фононного взаимодействия при введении глубоких изоялектронных центров кислорода в

Впервые получены диаграммы равновесия собственных точечных дефектов в сульфиде кадмия по схеме Шоттки-вренкеля, согласующиеся с экспериментальными злектрофизическими свойствами

Впервые получена р-Т диаграмма сульфида кадмия и на ее основе сделан анализ зависимости свойств Сс/Б и возможности легирования его кислородом от условий получения.

Впервые теоретически показано, что термодинашческий расчет обосновывает условия получения р-типа проводимости и ее величину в Сс£$ .

Практическая ценность работы

Полученная зависимость оптических свойств СсЕБ от концентрации и типа собственных точечных дефектов и содержания кислорода может составить основу методики неразрешающего контроля, характеризующей образцы сульфида кадмия по степени их отклонения от стехиометрии и уровню чистоты по кислороду.

Полученная зависимость растворимости кислорода в

сг/5

в пределах области гомогенности и объяснение природы полос излучения в самоактивированном сульфиде кадмия позволяют оптимизировать условия роста с точки зрения достижения заданных оптических свойств.

Анализ равновесия СТД и их взаимодействия с кислородом определяет минимум суммарной дефектности Сс13 , что оптимизирует условия роста кристаллов с наушучкими лазерными свойствами. При лтом выяснение роли глубоких кислородных центров в усилении пкситон-фононного взаимодействия указывает путь улуч-

- О -

вюния характеристик оптоэлектронных прмбоуоэ.

Охарактеризованы основные совре»эн«к» метода выращивания монокристаллов сульфида кадмия с позиция шслоиения от стегиг -кегрии и чистоты по кислороду, а такте показано,< что оптические свойства материала различны в микрообьзках.

Положения, выносимые на защиту:

Модель кислородных центров в сульфид-г кадмия, обг.ясяяуцсл природу свечения саыоактивнрованного суяь1ица кадмия в видимей области спектра.

Зависимость оптических свойств сульфида кад)Я1Я о? сгепзш отклонения его от стехиометрии.

Зависимость оптических свойств сульфида кадмия от содержания в нем кислорода.

Обдае закономэрности собственного де.фектообразованил в сульфиде кадмия.

Зависимость растворимости кислорода в С/5 в пределах области гомогенности.

Возможность качественного анализа присутствия кислорода и степени не стехиометрии монокристаллов (И2 , полученных большинством современных методов на основе исследования их оптических свойств.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях ИЗИ.

Публикации. Основные результаты исследований представлены в 5 публикациях, а такие даух научных отчетах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из четырех глав, введения и обсуждения результатов. Она содержит 166 страниц текста, 61 рисунок, 3 таблицы. Список литература включает 215 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБ01Н

Во введении дана общая характеристика работы: обоснована актуальность проведенных исследований, сформирована цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, охарактеризованы научная новизна и практическая ценность работы.-

Первая глава представляет литературный обзор, на основе которого провоцитс.я анализ возможной природы центров, обуславливающих самоактивированное свечение в сульфиде кадмия. Рассмотрены оптические свойства Cc¿S в видимой и ПК областях спектра и некоторые имеющиеся в литературе сведения о влиянии на них кислорода.

Дан обзор существующих в настоящее время моделей, объясняющих спектры изоздектронных центров (ИЭЦ). Проведено сопоставление значений энергии связи на изоялектронных парах для некоторых систем на основе соединений А^В®. Сделана оценка возможности образования кислородом ИЭЦ захвата возбуждений в сульфиде кадмия.

Приводится предварительный расчет модели кислородных центров анионного замещения для объяснения природы некоторых полос излучения и поглощения в спектре самоактишрованного сульфида кадмия.

Вторая глава посвящена анализу собственного дефектообразо-вания в CdS. Имеющиеся в литературе результаты исследований дефектообразования основывались главным образом, на вакансион-ной модели. Однако многочисленные данные свидетельствуют о присутствии в CdS межузельного кадмия. Оценка эффективных радиусов с учетом степени ионностй сульфида кадмия дает возможность пренебречь разупорядочением по Френкелю в анионной подре-шетке. Мы, как и большинство авторов, исключаем также антиструктурные дефекты в CdS. Выбранная схема дефектообразования может быть представлена системой II уравнений, описывающих разупо-рядочение по Шоттки и вренкелп в катионной подрешетке.

Расчет диаграмм равновесия собственных точечных дефектов (СТД) был проведен на ЭВМ на основе собственного созданного для этой цели программного обеспечения.

Ввиду неоднозначности литературных данных о положении глубоких уровней СТД в CdS были отобраны варианты исходных энергетических диаграмм СТД в CdS, соответствующих наиболее надежным экспериментальным результатам, и проведен анализ рвв-новесия для каждого из этих вариантов. Каждая из рассчитанных диаграмм была сопоставлена с известными электрофизическими свойствами CdS , что позволило уточнить исходные данные.

- а -

Наилучшим образом согласующийся с экспериментальными данными вариант был использован на втором шаге оптимизации цля уточнения энергии дефектообраэования по Френкелю Нр . На основании величины дефектообразования по Ноттки и данных,

относящихся к -5/2 »5* , 2аО и Сс{Б| был определен возможен диапазон, огреничиващий величину Нр в Сс/Б- Для оптимальной схеьи расположения уровней СТД в запрещенной зоне сульфида кадмия мы получили совпадение расчетной и экспериментальной зависимостей электропроводности от соотношения давлений паров компонентов в п- и р- областях диаграмм. Было получено тахже совпадение расчетной точки стехиометрии йС^О с имеющимися в литературе сведениями

Расчет диаграмм по оптимальному варианту был выполнен в диапазоне температур от 500 до 1400°С. Результаты расчета равновесия СТД для разных температур были использованы для построения р-Т диаграммы сульфида кадмия. Основная часть области существования сульфида кадмия, которая согласно расчетным данным является двухсторонней, соответствует материалу п-типа проводимости. Однако проведенный расчет дефектообразовашя в СсСЭ по схеме Шоттки-йренкеля позволил объяснить и результаты работ о возможности перехода к р-типу проводимости в При этом

основным собственным акцептором, определяпцим величину проводимости р-типа в Сс1 В , является однократно заряженная вакансия кадмия, а п. -тип проводимости определяется двумя собственными доноралш - вакансиями серы и ыежузельным кадкием. Рассчитана зависимость уровня Серии от соотношения давлений паров компонентов при различных температурах роста.

Представленный на диаграммах ансамбль СТД не только определяет совокупность оптических центров, но и контролирует вхождение фоновых примесей 1в тоы числе и кислорода) в матрицу. Исследованию зависимости оптических свойств сульфида кадмия от степэ-ни отклонения его от стехиометрии и содержания в нем кислорода посвящена третья глава. Исследования проведены на монокристаллах

СЫ. 2 • полученных методом ориентированного наращивания на затравку при контролируемом давлении паров компонентов с максимально возможным диапазоном отклонения от стехиоызтрии.

Считается традиционно, что сульфид цинка более Грязный по

- 9 -

кислороду. Однако анализ степени ионности связи в решетке ■ Сс/2 > по сравнению с 2hS предполагает возможность больших искажений и, следовательно, большей растворимости такой примеси как кислород. Наши исследования подтверждают ато. Результаты проведенного анализа показали, что все исследованные кристаллы сульфида кадмия содержат фоновуп примесь - кислород на уровне сильного легирования. Оказалось при этом, что содержание кислорода является функцией отклонения образца от стехиометрии и возрастает в пределах трех порядков с ростом давления паров кадмия от до I .ЗЛО^см-"*. В образцах, выращенных при избытке серы концентрация кислорода, по крайней мере, на порядок ниже технологически типичных для CdS величин ( , если исходить из наших результатов о содержании кислорода в образцах, полученных другими современным методами.

В работе проведен расчет фазового равновесия в системе CcfS-CcLO- CdSOi при температуре выращивания исследуемых монокристаллов П00°С. Полученные нами данные о максимальной растворимости кислорода в CdS при избытке кадмия позволили получить теоретическую зависимость растворимости кислорода в пределах области существования Сс/$ , предполагаемую диаграммой термодинамического равновесия; Эта зависимость указывает на два важнейших аспекта. Во-первых, изменение растворимости кислорода в пределах области гомогенности соединения может достигать почти четырех порядков. Во-вторых, при реальных условиях еыращивония кристаллов CdS . содержание кислорода в них не ыожет быть существенно ника 10 см ,

Экспериментальная зависимость растворимости кислорода в уточняет расчетные сведения. Показано, что ход экспериментальной зависимости отличен от плавного, предполагаемого фазовым равновесием в система Сс/S~С</0~Сс/50^. Лэзкое изменение растворимости кислорода в CdS вблизи точки йС=*0 в сопоставлением равновесия СГД в кристалле обьясняется сменой типа дефектности вблизи ствхиометрического состава. Ход зависимости растворимости подтверждает нашу расчетную точку стехиометрии.

Весь экспериментальный диапатон растворимости кислорода

- 10 -

предполагает по аналогии с тверд»© растворы задац'.лкя

при избытке кадмия и растворы внедрения при избытке сери, причем в области йС=0 происходит переход ст одной формы ахок-цеиня кислорода в решетку к другой. Кислород стремится компенсировать деформации, вносимые СТД - мекузельным кадмием в СЫ2'СУ, либо вакансиями кадмия в Сс/З'Б.

Полученные выводы о растворимости кислорода в СУЯ должны быть характерны для всех соединений А^В®. Ранее имеющиеся сведения о растворимости кислорода в некоторых соединениях А^В6 не характеризуют ее изменение в пределах области гомогенности и оценивались в основном для кристаллов с избытком металла.

Для монокристаллов сульфида кадмия с различной степенью отклонения от стехиометрии исследована в РЭМ структура и выявлены ее особенности, связанные с условиями выращивания. Описана специфика травления образцов с различной степенью отклонения от стехиометрии, ее зависимость для полярных сторон кристалла.

С учетом особенностей структуры и локальной неоднородности исследовались оптические свойства монокристаллов. Зависимость оптических свойств от степени отклонения от стехиометрии и содержании кислорода изучалась на основе спектров катоцолюминес-цетдии, микрокатоцолюминесценции, фотолюминесценции, отражения, фотовозбукдения. Рассмотрим поведение отдельных групп полос спектра люминесценции при изменении соотношения давлений паров компонентов и содержания кислорода в кристаллах.

Экситонное свечение кристаллов с максимальным избытком серы представляет собой, как правило, одну лишь крайне интенсивную и достаточно широкую полосу с максимумом ~490 нм. Уменьшение Р$г при росте ведет к сужению экситонной полосы, уменьшению ее интенсивности и разрешению на компоненты 487; 488,5; 492,5 нм. При этом основной компонентой является линия связанного пкситоне 488,5 нм. С ростом давления паров кадмия спектр усложняется длинноволновыми сателлитами в области 496-502 нм. Полученные наш зависимости интенсивности экситонного свечения в широком пучке и микрокатодолюминесценции совершенных моноблоков свидетельствуют, что максимум интенсивности экситонного свечения и данимальные полуширины полосы соответствуют области

- 11 -

вблизи точки стехиометрии со стороны небольшого избытка серы. Именно в таких условиях, согласно нашим данным, были получены монокристаллы CdS < обладающие наилучшими лазерными свойствам!. Этот факт мотет быть объяснен, если учитывать присутствие кислорода в кристаллах и его содержания при приближении к точке стехиометрии со стороны избытка сзры. Как оказалось, минимум суммарной дефектности сдвинут от точки стехиометрии к небольшому избытку серы. Таким образом, максимум интенсивности акситонного свечения совпадает с минимумом суммарной дефектности в кристалле.

Анализ поведения краевого свечения при изменении давлений паров компонентов и содержания кислорода выделяет три области: избыточных давлений паров серы, области вблизи точки стехиометрии и избыточных давлений паров кадмия. Наиболее интенсивно краевое свечение для образцов, выращенных при небольшом избытке кадмия вблизи точки стехиометрии. В г*том случае оно представляет собой серии широких, часто перекрывающихся полос с LO-мотивом и бесфононной компонентой 514-516 нм. При избытке кадмия Pcd ^/jlrex- наблюдается ослабление по интенсивности и уши-рение отдельных компонент краевого свечения, а бесфононный максимум может располагаться от 508 до 518 нм. При избытке серы краевое свечение Cc/S загасает.

С избытком кадмия в кристаллах возникает и усиливается оранжевая полоса ~ 600 нм. Общее содержание кислорода в образцах возрастает до IO^^-IO^^cm-^. В спектрах отравдния отмечаются эффекты, свидетельствующие об усилении экситон-фононного взаимодействия. В частности, возникает дополнительное поглощение в области A-LO ~496 нм или A-2LÜ ~515 нм (77 К) в зависимости от содержания кислорода. На фоне дополнительного поглощения резко усиливается по сравнению с А-пксито-ном селективна«? полоса отражения, спектрально 494-496 нм (77 К) соответствущая СО - повтору якситонных полос. Экситонные полосы уширяются и уменьшаются по интенсивности, ослаблена интенсивность краевого свечения. Исследования фотолюминесценции при изменении уровня возбуждения от 10^° до показа-

ли, что оранжевая полоса включает две составляющие 594 и 63С нм (80 К). Они не испытывают спектрального сдвига при изшнении уровня возбуждения и температуры от 60 до 300 К. Сввчение слабо

поляризовано.

Поведение красного свечения Сс/З ~730 нм возможно проследить только если учесть локальную неоднородность кристаллов. Исследование в ЮМ при увеличении 10000х микрокатодолюминесцен-ции в пределах моноблоков (исключая дефектные и межблочные области) показало, что с ростом Р$2 наблюдается усиление интенсивности свечения ~ 730 нм в образцах с избытком серы. Для последних общая концентрация кислорода хотя и резко снижается за счет роста из паровой фазы, обогащенной серой, однако остается еще около Ю^см-3. Выявилась корреляция возникновения красного свечения 700-730 нм с некоторыми полосами в ИК области спектра. В частности, свечению 700-730 нм сопутствует, как правило, полоса ~1030 ни, обязанная вакансиям . В то »а время усиление свечения 600-650 сопровождается исчезновением полосы ~ 1СВ0 нм. Свечение 700-730 нм не поляризовано в отличие от оранжевого. Исследование длинноволнового спада полосы возбуждения свечения 700-730 нм и рассмотрение зеркальной симметрии выявляют уровень, ответственный за ото свечение ~ 0,45 аВ от

, если исходить из акцепторной природы центра.

Исследование ИК области спектра выявило ряд закономерностей, обусловленных отклонением от стехиокяэтрии. Для кристаллов О/Я'З наблюдалась весьма интенсивная полоса ~1СВ0 нм 177 К). Анализ равновесия СТД и измерения ¡электропроводности позволяют полагать, что кристаллы, полученные при максимальном избытке серы, соответствуют р-типу проводимости, атрибутом которого является обязанная вакансиям полоса ~1030 нм. Кроме того, для монокристаллов Сс/5 с избытком серы, у которых уровень Шерми закрепляется в нижней части запрещенной зоны вблизи уровня , наблюдается появление в КЛ полос меди 1660 и 1870 нм. Они присутствуют только в спектрах образцов с достаточным избытком серы и являются своеобразным индикатором перехода через точку стехиометрии. Для образцов Слизких к стехиометрии наблюдается полоса <^2200 нм. Полоса, достигая максимума интенсивности с приближением к точке стехиометрии со стороны малбго избытка кадмия, уменьшается и загасает при ее прохождении с ростом давления паров серы. Поведение полосы ~ 2200 нм коррелирует с концентрацией в кристаллах.

- 13 -

3 четвертой глапе дана характеристика оптических свойств монокристаллов CJS , полученных основными современными методами: газофазным, гидротермальным, ориентированного наращивания на затравку при контролируемом давлении паров, выращивания «з расплава, методами сублимации и Фрерикса.

На основе этих исследований были отобраны подложки с пони-

I р TQ т

женным (8,7.101 - 3,5.10* см ) содержанием кислорода для проведения ионной имплантации. Легирование осуществлялось цозош VP, IO18, Ю19, 1020 и бЛО^см-3 гтри энергии лучка ионов 1Ъ0 и 300 кэВ.

Для контроля глубины легирования была использована методика, основанная на получении в РЭМ зависимости контраста легированной и экранированной областей от энергии электронов зонда. Согласно нашим данным глубина легирования CdS кислородом составила 0,4 - 0,5 там при энергии ионов 150 кэВ и более 0,6 мкм при 300 кэВ.

Ионная имплантация при 150 кэВ приводит в неотожженных образцах к усилению (либо возникновению) преимущественно красной КЛ. При этом увеличение интенсивности красного свечения относительно экситонного по отношению к исходным подложкам больше для образцов, выращенных с избытком кадкмя. Краевое излучение после ионной имплантации возрастает по относительной (к экси-тону) интенсивности для неотожженных образцов с малым содержанием кислорода в подложке и падает при легировании подложек с исходным большим содержанием кислорода. Почти всегда введение кислорода вызывает появление дополнительного края поглощения и полосы ~496 ни (77 К) в отражении. Малая глубина ионно-легиро-ванного слоя и его нарушения вблизи геттеров не позволяли проводить радиационный отжиг слоев.

Слои, легированные кислородом токи же дозами, но при энергии нонов 300 кэВ, обнаруживают сплошность слоя и почти полное загасание всех полос люминесценции. Для снятия радиационных дефектов был проведен отжиг в диапазоне температур от 375 до 500°С. На первой стадии отжига (Т^ 450°С) выход избытка кислорода из пересыщенного твердого раствора сопровождался образованием на поверхности множественных кубических кристалликов -предположительно CbLO . При последупцей термообработке тех же подложек (Т>450°С) на поверхности обнаруживаются пластинчатые

сростки чистого кадмия (таких же размеров). Спектры слоев после отжига исследовались локально в РЭМ во избежание положения свечения подложки. Обнаружено, что в результате отжига при Т<450°С усиливается оранжевое свечение 620-650 нм, а в экси-тонной области возникает полоса ~495 нм (100 К). Дальнейшая термообработка при Т^450°С, сопровождающийся частичным выходом кислорода, ведет к уменьшению интенсивности оранжевого свечения, но усилению и коротковолновому сдвигу до 491 нм экситон-ной полосы. Краевое свечение во всех случаях отсутствовало. Исследования в РЭМ показали, что термообработка приводит к перекристаллизации дефектных межблочных областей и обнаружила различное влияние на ионно-легированную поверхность подложки в зависимости от степени ее отклонения от стехиометрии. В спектрах микрокатодолюминесценции, полученных от выделений близ границ блоков, присутствует исключительно полоса 610-620 нм. Для спектров полученных из центров блоков, характерно наличие и оранжевого и красного свечения.

В обсуждении результатов проведен анализ полученных экспериментальных данных и приводится интерпретация ряда наблюдаемых явлений. '

В частности, изучение дефектообразования в £2ЛГ показыва-. ет, что сульфид кадмия не имеет собственных акцепторов достаточно мелких для того, чтобы определить свечение в краевой области спектра. Учитывая, что краевое свечение достигает максимума интенсивности, когда резко снижается содержание кислорода в кристаллах, а при значительном избытке серы и СОЗ ~ отсутствует, - сделан вывод, что краевое свечение связано с изолированными атомами кислорода в узлах решетки.

Оранжевое свечение 600-630 нм возникает при значительном избытке (в процессе роста) кадмия и СОЗ > 10Г Оно превалирует в люминесценции и при имплантации большими дозами кислорода. При этом в отражении наблюдаются аффекты, которые можно интерпретировать как сопутствующие локализации экситона. По аналогии с ЗпЗ'О сделан вывод, что оранжевое излучение в сильно легированных кислородом кристаллах с избытком к&дкмя обязано ИЭЦ захвата возбуждений - ближайшим С^-О^ парам, стабилизированным межузельным кадмием.

Ицслодовьние красного свечения позволяет утверждать, что

стечение Сс1 Б 700-730 им усиливается с ростом давления пороз серы, точнее: красное свечение типично для образцов СЫБ, состав которых смещен в сторону избытка серы от точки смены типа дефектности на диаграмме равновесия СТД. Ионное легирование ¿2/5 без отжига приводит к разгоранию полосы 700-730 нм, что объясняется внедрением кислорода в межузлия. Сопоставление полученных результатов с'литературными данными позволяет заключить , что красное свечсние Сс!В 700-730 им япляется аналогом "зеленого кислородного свечения" сульфида цинка. Последнее определяется акцепторными центрами ¿V I комплексами О/ или по другим данным обусловлено Уд" • Поскольку ^>то свечение не возникает без кислорода предпочтение отдается первой модели.

Основные результаты работы сформулированы слецукхцим образом:

1. Установлено, что получаемые в настоящее время монокристаллы сульфида кадмия содержат кислород в концентрациях от

~ Ю^см-^ до что превышает концентрации собственных

точечных дефектов. Анализ фазового равновесия Сс/$-Сс10- й/50^

показывает, что при современных методах выращивания кристаллов Сс{В концентрация кислорода в них не может быть существенно ни«о Величина растворимости кислорода в сульфиде кад-

мия в интервале температур 400-1400°С превышает примерно вдвое растворимость кислорода в впрцитной модификации 2л 5.

2. Получена зависимость растворимости кислорода в пределах области гомогенности СЫБ , ее резкое изменение более чем на два порядка при смене типа дефектности кристалла в точке стехио-натрии. Из экспериментальных данных следует, что кислород в Сс15 образует твердые растворы замещения при избытке кадмия и растворы внедрения при избытке 'серы. Сделанные выводы должны быть справедливы цля всех соединений А^В®.

3. Изучены спектры излучения, отражения и возбуждения монокристаллов СЫ£> , выращенных основными современными мотода-И!, в видимой и ближней 1до 2 гам) ИК-области. Показано, что оптические свойства монокристаллов сульфида кадмия зависят от стопени отклонения соединения от стехиометрии.

4. Показано, что кислород участвует в формировании большинства полос в видимой области спектра свечения сульфида кадмия, не подверженного специальному легированию. При этом красное свечение 700-730 ни связано с мекц/зельным кислородом. Оранжевое свечение 600-630 нм обязано кислородным ловушкам возбуждений - ближайшим кислородным парам анионного замещения. Определено участие кислорода как изолированных ИЭЦ анионного замещения (или дальних пар) в формировании краевого излучения Сс12•

5. Установлено, что возникновение изоэлектронных кислородных центров (изолированных ¿Ту и парных зависит не только от общей концентрации кислорода в решетке СсСВ , но и определяется типом матрицы, т.е. ансамблем собственных точечных дефектов. Более аффективно образование анионных кислородных центров замещения происходит при избытке металла, когда кислород стремится скомпенсировать деформации объемного несоответствия, вызванного вакансиями серы и межузельным кадмием.

6. Изучена ионная имплантация кислорода в подложки сульфида кадмия с различным набором собственных точечных дефектов. Установлено усиление красного и оранжевого свечения Са($ и изучена его трансформация при ионном легировании и отжиге. Установлено, что введение больших количеств кислорода приводит к усилению экситон-фононного взаимодействия.

7. Рассчитаны диаграммы равновесия собственных точечных дефектов в СНВ по схеме дефектообразования Шоттки-вренкеля. Уточнено энергетическое положение уровней элементарных собственных точечных дефектов, наилучшим образом согласующихся с экспериментальными электрофизическими свойствами Сс/Я . Полученная расчетная точка стехиометрии совпадает с резким изменением растворимости кислорода и параметров кристаллической решетки сульфида кадмия.

8. Впервые построена р-Т-диаграыма сульфида кадмия. Показано, что область существования СЫБ является двусторонней, «при ¡»том основная часть области гомогенности относится к Сс1$

с избытком металла я -типа проводимости. Подтверждена теоретически возможность получения сульфида кадмия р -типа проводимости. Величина проводимости р -типа в обусловленная акцепторными уровнями однократно заряженных вакансий кадмия,

согласуется с экспериментальными ценным.

9. Выяснено, что даже в пределах столь однородной системы, какой является монокристалл, оптические свойства различны в микрообъемах и следует различать не только макроотклонения кристалла от стехиометрии, но и флуктуации отклонения от стехиометрии в микрообъемах.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Морозова H.H., Морозов Л.В., Каретников И,Л. и др. Оптические свойства монокристаллов сульфида кадмия, выращенных при контролируемом давлении паров серы и кадмия // Препринт. М.: Моск. онерг. ин-т, 1992. 1? 06-17.

2. Морозова Н.К., Назарова Л.Д,, Морозов Л,В. Анализ дефек-тообразования в CJS. - Томск. 1992.-14с.-Деп. в ВИНИТИ 0?.04.92, 3 1178-892.

. 3. Морозов A.B., Галстян В.Г., Муратова В.И. и др. О природе красного стечения в легированном кислородом сулы{иде кадмия // Препринт. М.: Моск. энерг. ин-т, 1992. Р 07-17.

4. Морозова Н.К., Морозов A.B., Назарова Л.Д. Краевое свечение сульфида кад»1я вблизи точки стехиометрии // Науч.-техн. конф. Коте информационные и электронные технологии в народном

хозяйстве и образовании : Тез.докл. - М.: Моск. F-нерг» ин-т, 1990. - С.14.

5. Морозова Н.К., Морозов A.B., Галстян В.Г. и др. Оптические свойства слоев сульг{ида кадмия, ионно-легированннх кислородом // Препринт. М.: Моск. энерг. ин-т, 1992. № 08-17.

[5(.|ПИ.ЛК к (H4JTB Л— |ДЛ ! ) 7

"" " id.5' Г"ИА ^

Тштгриф'мх Кр.нм-^тйршимяя. 13