CC BY
10
УДК 546.65, 535.376
ВЛИЯНИЕ ПОСТИМПЛАНТАЦИОННОГО ОТЖИГА В ПОТОКЕ АТОМАРНОЙ КИСЛОРОДА НА ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЮ МОНОКРИСТАЛЛОВ СЕЛЕНИДА ЦИНКА, ИМПЛАНТИРОВАННЫХ ЭРБИЕМ
А. Н. Георгобиани, М. Б. Котляревский1, У. А. Аминов, В. В. Кидалов1, И. В. Рогозин1
Методами люминесценции исследовано расположение ионов эрбия в кристаллической решетке монокристаллических слоев ZnSe, полученных методом радикало-лучевои гетерирующей эпитаксии. Установлено, что в зависимости от технологических условий формируются центры люминесценции в виде междоузельного эрбия в подре-шетке цинка, эрбия на месте селена и эрбия на месте цинка. Селениду цинка с дырочной проводимостью соответствуют ионы эрбия, замещающие цинк и окруженнъи четырьмя ближайшими ионами 5е2~ и двенадцатью следующими за ними ионами Zn2+.
Ионная имплантация эрбия в ZnS еп-типа. с последующим отжигом радиационных дефектов в вакууме при температурах 250 - 600°С была изучена в работе [1]. В ней показано, что в зависимости от условий отжига Ег образует три типа центров: Ег в междоузлиях подрешетки цинка (А-центр), Ег, замещающий селен (В-центр), и Ег на месте цинка (С-центр).
Целью нашей работы являлось определение технологических режимов метода радикало-лучевой гетерирующей эпитаксии (РЛГЭ) для получения монокристаллических слоев р-типа. Ионы эрбия использованы нами в качестве люминесцентных
1 Берлинский государственный педагогический институт, Бердянск, Украина.
"зондов" для определения превалирующих дефектов. Метод РЛГЭ позволяет контролировать содержание собственных дефектов и инвертировать тип проводимости кристаллов путем отклонения их от стехиометрического состава в сторону избытка металлоида с формированием акцепторных центров - вакансий металла. Сущность этого метода состоит в термической обработке монокристаллических подложек соединений П-У1 в потоке атомарного металлоида VI группы [2].
I, отн. ед.
50
40
30
20
10
in
1Л
/
552
М
556
560
1, нм
Рис. 1. Спектры фотолюминесценции монокристаллов Zn.Se, имплантированных эрбием и отожженных в потоке молекулярного кислорода.
Ионы эрбия Er с энергией Е = 80 кэВ, плотностью тока j = 0,2 мкА ■ см2 и дозой D = 1015 см~2 были имплантированы в монокристаллы ZnSe при комнатной температуре. Постимплантационный отжиг радиационных дефектов производился в потоке атомарного кислорода. В спектре фотолюминесценции (ФЛ) при 4,2 А', возбуждаемой светом азотного лазера ЛГИ-21 (Aß = 337,1 нм), имеются четыре группы полос, группирующихся около 500, 530, 550 и 670 нм. Согласно схеме термов ионов эрбия все эти полосы связаны с переходами электрона из возбужденных состояний 4F7/2, 2Нц/2, 3S3/2 и 3F9/2 в основное состояние 4/i5/2-
В данной работе приводятся результаты исследования зависимости спектров ФЛ, относящихся к переходу 453/2 —>4 1\5/2, от условий отжига в потоке атомарного кислорода.
I, отн. ед.
50
40
30
20
10 -
552.7
551.7
553.6
и
552
и
556
561.4
560 X, нм
Рис. 2. Спектры фотолюминесценции монокристаллов ZnSe, имплантированных эрбю м а отожженных в потоке атомарного кислорода.
Часть монокристаллических образцов ZnSe:Er была обработана в потоке моле ! кулярного кислорода при давлениях Ю-1 — 10~3 мм рт.ст. при температуре 600°С. Спектр их ФЛ содержит узкие линии с максимумами при 550,7; 550,9; 551,2; 551,6; 553,6; 554,7; 554,9 и 558,7 нм (рис. 1), соответствующие переходу 45,3/2 —>4 /15/2- Согласно [1] набор этих линий свидетельствует о наличии двух типов люминесцентных центров: ио ны Ег3+, занимающие междоузельные состояния подрешетки цинка (Л-центр), и ионы, замещающие селен (В-центр).
В [3] было установлено, что термообработка ZnSe в атмосфере молекулярного кисло рода ведет к образованию на его поверхности пленки ZnO, формируемой в результате замещения селена кислородом, диффундирующим в объем кристалла. Этот процесс, протекающий по диффузионному механизму, принципиально отличается от процесса
РЛГЭ, в основе которого лежит экстракция металлического компонента из объема кристалла, ведущая к инверсии типа проводимости.
Другая часть монокристаллических образцов ^п5е:£'г была обработана в потоке атомарного кислорода (метод РЛГЭ), образуемого в высокочастотном разряде при давлениях Ю-1 — 10~3 мм рт.ст. и температуре 600°С. В спектре ФЛ в этом случае превалирующими являются линии с максимумами при 551,7; 552,7; 553,6 и 556,4 нм (рис. 2) также соответствующие переходам 45з/2 —>4 /15/2 ионов Ег3+, но теперь находящихся в узлах цинка (С-центр) [3]. Эти же линии получены при обработке кристаллов ZnSe в потоке атомарного селена [4].
При обработке в атомарном кислороде также происходит рост пленки 2п0 на поверхности кристалла ЕпЯе, но по квазиэпитаксиальному механизму - атомы кислорода адсорбируются на поверхности кристалла, а цинк экстрагируется из его объема [3], что ведет к образованию вакансий цинка, которые могут быть заполнены ионами эрбия. В этом случае произошла инверсия проводимости ZnSe к р-типу, что было определено по термо-ЭДС.
ЛИТЕРАТУРА
[1] A b о 1 h a s s a n i N. and В г у a n t F. J. Phys., С: Sol. State Phys., 20. 207 (1987).
[2] Б у т х у з и Т. В., Георгобиани А. Н., Котляревский М. Б. Изв. АН СССР, сер. Неорг. матер., 17, 1153 (1981).
[3] Георгобиани А. Н., Котляревский М. Б., Рогозин И. В., Кидалов В. В. Неорг. матер., 29, 1399 (1993).
[4] Г е о р г о б и а н и А. Н., Котляревский М. Б., Рогозин И. В., Кидалов В. В. Неорг. матер., 31, 1357 (1995).
Поступила в редакцию 7 апреля 1997 г.
