Оптические свойства соединений А2В6 с изоэлектронной примесью кислорода с позиций теории непересекающихся зон : на примере системы ZnS-ZnSe

• Автор: Мидерос Мора Даниэль Алехандро
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ГЛАВА I.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Теория “непересекающихся зон”

1.2. Характеристика изоэлектронной примеси, инициирующей изменение

зонной структуры

1.3. Глубина и положение относительно краев зон уровней изоэлектронных примесей - 30 -

1.4. Роль парных центров и кластеров

ГЛАВА II.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Исследование морфологии и катодолюминесценции в растровом электронном микроскопе - 38 -

2.2. Методы определения содержания кислорода

2.3. Исследование спектров катодолюминесценции и импульсной катодолюминесценции - 41 -
2.4. Исследование спектров фотолюминесценции и возбуждения фотолюминесценции - 43 -
2.5. Методика съемки спектров ИК-пропускания, отражения и поглощения
ГЛАВА 111.
ПРИМЕСИ И ДЕФЕКТЫ, ШИРИНА ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНЫ (2пБ-гп8е)
3.1. Изоэлектронная примесь кислорода в соединениях А2В6
3.2. Собственные точечные дефекты в гпБ и ХпБе. Комплексы на основе собственных дефектов и кислорода
3.3. Формы присутствия и распределение кислорода в кристаллах
3.4. Инициированное кислородом аномальное уменьшение ширины запрещенной зоны на примере ХпБ-О
3.5. Зависимость ширины запрещенной зоны 2п8х8е1.хот состава

ГЛАВАIV.
САМОАКТИВИРОВАННОЕ СВЕЧЕНИЕ (ZnS-ZnSe)-O И МОДЕЛИ ПЕРЕХОДОВ
4.1. Самоактивированное SA свечение ZnS
4.2. SA свечение ZnSe
4.3. SAL свечение ZnSe и ZnS
4.4. Влияние Cu на спектры. Кислородные комплексы, возникающие в присутствии Си
4.5. Самоактивированное свечение ZnSxSei.x
ГЛАВА V.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛОС, ИБИЦИИРОВАННЬ1Х КИСЛОРОДОМ
5.1. Температурная зависимость полос, связанных с SAL и SA центрами
5.2. Спектры SAL и SA свечения при изменении интенсивности возбуждения
и затухании
5.3. Связанный экситон на SA и SAL центрах
5.4. Поглощение, спектры возбуждения и пропускания кристаллов (ZnS-ZnSe)-O в модели непересекающихся зон
ВЫВОДЫ
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Широкозонные полупроводники А2В6 широко используется при создании люминесцентных и лазерных экранов, фотоприемников, в ИК-техникс. Соединения А2В6 в настоящее время являются перспективными материалами оптоэлектроники, наноэлектроники и ИК-техники. Научно-технический прогресс требует расширения использования чистых материалов, для которых современный уровень исследования опто-электрических свойств соединений А2Вб оказывается недостаточным.
В последнее десятилетие привлекли значительное внимание исследования систем твердых растворов А2В6, легированных изоэлектронными примесями, так как значительное изменение их запрещенной зоны при неизменности параметров решетки предполагают широкие диапазоны использования при создании ряда новых оптоэлектронных устройств. Эти материалы принадлежат широкому классу твердых растворов с резким несоответствием свойств компонентов, в которых анионы частично заменены более электроотрицательними атомами.
Важным эффектом, наблюдаемым в этих соединениях, является изменение зонной структуры при резком уменьшении ширины запрещенной зоны с введением малых количеств изоэлектронной примеси. Эти электронные свойства имеют существенный потенциал для нескольких гетероструктурных устройств таких, как лазеры, солнечные ячейки и гетероструктурные биполярные транзисторы.
Содержание кислорода как фоновой изоэлектронной примеси в ZnS и в ZnSe достаточно высоко по сравнению с концентрациями других фоновых примесей и может достигать Ю20 - 1021 см'3 при температурах роста 1000 - 1300°С, поэтому исключить влияние кислорода на свойства соединений А2В6 не представляется возможным. Этот факт известен уже более полстолетия, однако до настоящего времени не ясно, сколь существенную роль играет кислород в оптике соединений А2В6.
Сравнительно недавно предложена новая теория “непересекающихся зон”, определившая влияние изоэлектронных примесей на зонную структуру твердых растворов А3В5 и А2В6.
Цель диссертационной работы.
В связи с этим была поставлена цель по выяснению влияния ИЭП кислорода на ряд особенностей спектров соединений А2В6, учитывая новые представления теории

Этот факт известен уже более полстолетия. Однако до настоящего времени не ясно, сколь существенную роль играет кислород в оптике соединений А2В6.
В 60 гг отмечалось низкоэнергетическое смещение края фундаментального поглощения, связанное с образованием твердых растворов ZnS-0 [85,86]. Однако значительное изменение ширины запрещенной зоны не могло быть понято при концентрациях кислорода < 1 мол%.
К 70-80гг относятся десятки работ, в которых полосы в прикраевой области спектра ряда соединений А2В6 связывали с образованием локализованных экситонов [87-91], в области краевого и самоактивированного свечения объясняли связанными экситонами на изолированных и ближних парах ИЭП [92-96], а также локализацией экситонов на кластерах ИЭП [89,97]. По аналогии давалась интерпретация роли кислорода в оптике соединений А2В6.
Все эти работы не могут объяснить и малой доли особенностей спектров соединений А2Вй с ИЭП кислорода в сравнении с новой теорией непсресекающихся зон, возникшей в последние десятилетия. С рассмотрения этого подхода к спектроскопии соединений А2В6 мы и начинаем изложение. Следует отмстить только еще два немаловажных аспекта проблемы - влияние СТД и неоднородность распределения кислорода в кристаллах.
3.2. Собственные точечные дефекты в ZnS и ZnSe. Комплексы на основе собственных дефектов и кислорода
Расчет диаграмм равновесия собственных дефектов на основе современных данных позволяет представить характер дефектообразования и состав оптически активных центров в пределах области гомогенности. Диаграммы равновесия дефектов дают также зарядовые состояния и соотношения концентраций различных типов дефектов при отклонении от стехиометрии. Данные по ряду основных дефектов, типичных для ZnS и ZnSe, до настоящего времени проверяются теоретически и экспериментально. Расчет общего равновесия дефектов проведен нами по схеме Шоттки-Френкеля и методике Крегера [98].