649
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ МЕТОДОМ
ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫХ СТРУКТУРАХ
CD
X
ZN
1-X
TE ZNTE/GAAS
Шарибаев М.Б.
Көшкинбаева Қ.
Шамуратова А.
Каракалпакский государственный университет им. Бердаха, Нукус.
https://doi.org/10.5281/zenodo.15037790
Аннотация.
С воздействием электронного и рентгеновского облучениях в
буферных слоях квантово-размерных структур Cd
x
Zn
1-x
Te/ZnTe/GaAs
определено
изменение оптических характеристик. Определены изменение максимумы, полосы
соответствующие 500 нм и 560-580 нм, связанные переходами на DA парах, а так же
полосы I
1
=2.48 еВ(500 нм), I
2
=2.21еВ(550 нм). Полосе I
2
приписывают переход,
связанный с собственными дефектами в ЭС.
Ключевые слова:
Квантово-размерные структуры, протяженные дефекты,
фотолюминесценция, температурные зависимости.
DETERMINATION OF RELAXATION PROCESSES BY PHOTOLUMINESCENCE IN
QUANTUM-SIZE STRUCTURES CDXZN1-XTE ZNTE/GAAS
Abstract.
With the influence of electron and X-ray irradiation in the buffer layers of
quantum-size structures CdxZn1-xTe/ZnTe/GaAs a change in the optical characteristics was
determined. The change in the maxima, bands corresponding to 500 nm and 560-580 nm,
associated with transitions on DA pairs, as well as the bands I1 = 2.48 eV (500 nm), I2 = 2.21
eV (550 nm) were determined. The band I2 is attributed to the transition associated with
intrinsic defects in the ES.
Keywords:
Quantum-size structures, extended defects, photoluminescence, temperature
dependences.
Введение.
Интерес к излучению квантово-размерных структур на основе А2В6
материалов обусловлен возможностью изготовления на их базе инжекционных
источников когерентного
1
и некогерентного излучения, а также излучателей с
электронной накачкой
2-3
, перекрывающих практически весь видимый диапазон.
Спектр
НТ
ФЛ
квантово-размерных
структур
Cd
x
Zn
1-x
Te
ZnTe/GaAs
рассматривалась в трех энергетических областях:
650
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 3
1.Область связанных экситонов и переходов на маленькие уровни из зоны
проводимости (519-550 нм).
2.Область излучения донорно-акцепторных пар (550-590 нм).
3.Область, соответствующая излучательной рекомбинации на глубоких дефектах
(590-775 нм).
Квантово-размерные структуры выращивались методом молекулярно-лучевой
эпитаксии на установке “Катунь”. Методом низко температурной фотоотражения,
фотолюминценсии (НТ ФЛ Т=4,2 и 77 К) исследовались качества эпислоя ZnTe и границы
раздела ZnTe/GaAs.
Измерения спектров фотолюминесценции, РL, и отражения (R(λ)), проводились
при 4.2 и 77 К на спектральном приборе с разрешением ≤0.5 мэВ.
Спектры PL возбуждались излучением Ar лазера модели LGN-503 с λ
1
=0.5145 и
λ
2
=0.4880 мкм.
Облучение электронами с энергией 1.8 МэВ и интегральным флюенсом
16
10
4
х
см
-2
проводили на импульсном ускорителе ИЛУ-6 в следующем режиме: длительность
импульса 700 мкс, частота 25 Гц, плотность электронного тока в импульсе
14
10
5
,
3
х
см
-2
с
1
.
Как видно из рисунка рис-1, на кривой отражения, R(
), наблюдаются особенности,
связанные с экситонными резонансами тяжёлых и лёгких (I
FX
lh
и I
FX
hh
, отмечено
стрелками) дырок.
По положению и по расщеплению резонансов легких и тяжелых дырок в спектрах
отражения была вычислена величина остаточных упругих деформаций.
Остаточные упругие деформации
(
xx
=
yy
) были вычислены по формуле [3]:
E =
2b·
·(S
11
-S
12
)/(S
11
+S
12
) , где
E = FX
lh
– FX
hh
(мэВ); деформационный потенциал b = +1,30
эВ; коэффициенты упругости S
11
= 2,4·10
-11
и S
12
= -0,87·10
-11
м
2
·Н
1
. Величина
деформаций растяжения составила
=6.5·10
-4
, 77 К.
После облучения происходило незначительное смещение особенностей
экситонного резонанса в сторону меньших длин волн и уменьшение величины
Е по
отношению к исходному образцу.
Величина деформаций для облучённого образца составила величину
= 6.24·10
-4
,
77 К, т.е произошла релаксация упругих деформации на величину (
0
-
ф
)/
0
·100%=4%
где
0,
ф
-деформации в исходном (облучённом) образце, соответственно.
4-5
,
651
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 3
5 2 0
5 2 5
5 3 0
5 3 5
5 4 0
5 4 5
I
F X
l h
I
Q W
7LO
I
F X
h h
T=77K
2
3
1 b
1 a
И
н
т
е
н
с
и
в
н
о
с
т
ь
,
о
т
н
.
е
д
.
Д л и н а в о л н ы , н м
На Рис.1 приведены спектры отражения, R(
), исходного буферного ZnTe слоя без
квантово-размерных слоев до (кривая 1 ) и после облучения электронами (кривая 2).
Изменение величины упругих деформаций, вычисленное из спектров
низкотемпературной PL того же образца, исходного и облученного электронами, по
смещению положения полосы, связанного на тяжёлой дырке (I
FX
hh
) экситона (h
0
=2.3800
эВ, 4.2 К) составило величину
=1.6·10
-5
, что достаточно хорошо согласуется с данными,
полученными из спектров отражения при 4.2 К. По спектрам экситонных линий были
идентифицированы природа дефектов в эпислое, так и на границе раздела. Было
установлено существенно неоднородное распределение Ga в приповерхностной области.
Оказалось, что у самой поверхности ЭС ZnTe концентрация галлия существенно
возрастает т.е. происходит собрание галлия вблизи поверхности роста. Одновременно
происходит увеличение концентрации V вблизи поверхности. После облучения
происходит смещение положения особенностей экситонного резонанса в сторону
меньших длин волн. Это связано с заметной релаксацией (уменьшением) напряжений
после облучения. Механизм радиационно-стимулированной релаксации напряжений в
квантово-размерных структурах может быть связан с генерацией протяженных и
точечных дефектов или с изменением состава ямы при интердиффузии ее компонент.
Кроме особенностей, связанных с экситонами в буферном слое, в спектрах
отражения R(λ) при энергии, совпадающей с максимумом излучения от квантовой ямы (
I-
652
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 3
QW
) наблюдаются накладывающиеся на интерференционную картину особенности,
которые “следят” за смещением максимума ФЛ при облучении. Эти особенности
смещаются при рентгеновском облучении в сторону меньших энергий, а при облучении
быстрыми электронами – в сторону больших энергий.
Действительно, после облучения наблюдается смещение в коротковолновую
сторону экситонных линий, что свидетельствует об уменьшении напряжений растяжения
в этом слое. Так как в одиночном буферном ZnTe ЭС релаксация практически
отсутствовала, то можно заключить, что в сложной гетероструктуре радиационно-
стимулированная релаксация напряжений (связанных с рассогласованием параметров
решеток ям и барьеров) в основном происходит между эпитаксиальным слоем и
подложкой. При этом, эпитаксиальных слоях ЭС наблюдается существенное уменьшение
интенсивности люминесценции экситонов, связанных на дефектах и/или примесях, что
может быть обусловлено с появлением центров безызлучательной рекомбинации
вследствие протекания при облучении реакций дефектов
Предполагается, что доноры Ga диффундируют их GaAs подложки в пленку ZnTe в
процессе роста. В области гетерограницы ЭС- подложка отчетливо проявляется полоса
ФЛ 810-860 нм. Видно полоса ƛ=833,4 нм, соответствующая переходу е-Zn. Следы
остаточного акцептора Zn на фоне гораздо более интенсивных переходов связанных с
остаточными примесями показывает, что происходит диффузия Zn в подложку GaAs.
Переходной слой пленка-подложка формируется в процессе роста, а вовсе не вследствие
классической гетеродиффузии компонент в пленке и подложке. После облучения
электронами в эпитаксиальных пленках наблюдается смещение в коротковолновую
сторону экситонных линий от буферного ЭС, под КЯ, что свидетельствует об уменьшении
напряжений растяжения в этом слое. Поскольку в одиночном буферном ЭС (ZnTe)
релаксация практически отсутствует, то можно полагать, что в сложной гетероструктуре
радиационно-стимулированная релаксация напряжений в основном происходит между
ямами и барьерами (связанных с рассогласованием параметров ям и барьеров).
REFERENCES
1.
Иванов С.В., Торопов А.А., Сорокин С.В. и др.//ФТП.-2012.-Т.32.-С. 1272.
2.
Басов М.Г., Дианов Е.М., Козловский В.И. и др.// Квантовая электроника.-2013.-
Т.22.-С.756.
3.
J.O. Williams, A.C. Wright, H.M. Yates, “High resolution and conventional transmission
electron microscopy in the characterization of thin films and interfaces involving II-VI
materials”, J.Cryst.Growth, 1992, v.117, No, pp.441-453.
653
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 3
4.
W. Kuhn, H.P. Wagner, H. Stanzl, K. Wolf, K. Worle, S. Lankes, J. Bertz, M. Worz, D.
Lichtenberger, H. Leiderer, W. Gebhardt, R. Tribolet, “The MOVPE growth and doping
of ZnTe”, Semicond. Sci. Technol., 2016, v.6, No9A, pp.A105-A108.
5.
M.A. Fload, M. Watt, A.P. Smart, C.M. Sotomayor Torres, C.D. Wilkinson, W. Kuhn,
H.P. Wagner, S. Bauer, H. Leiderer, W. Gebhardt, “High-resolution dry etching of zinc
telluride: characterization of etched surfaces by X-ray photoelectron spectroscopy,
photoluminescence and Raman Scattering”, Semicond. Sci. Technol., 2019, v.6, №6A,
pp.A115-A122.
