掺杂碲镉汞中长波红外发光和吸收谱研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 越方禹 |
| 答辩日期 | 2007-01-25 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 褚君浩 |
| 关键词 | 碲镉汞 外延薄膜 砷掺杂 反常吸收 步进扫描 调制光致发光 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 窄禁带碲镉汞(Hg1-xCdxTe)半导体，特别是中长波P型HgCdTe半导体，在中远红外光电器件和焦平面阵列方面具有十分重要的应用价值。目前应用较多的高质量P型HgCdTe 主要是由掺杂(如本征汞空位掺杂或砷掺杂)后经适当退火激活其作为浅受主能级(分别为VHg和AsTe)来实现的。我们利用基于傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪的真空型变温吸收谱和调制光致发光谱(Photoluminescence,PL)两种测试手段，对不同方法生长的中远红外波段掺杂HgCdTe(组分x<0.4)进行了测试和分析。 (1) 发现P型HgCdTe透射边的受主态带尾效应。 Hg1-xCdxTe的组分x是材料在应用中最重要的参数之一。我们采用真空型FTIR透射光谱测试方法，对掺杂HgCdTe材料进行了系统测试，结合经验公式对透射谱进行拟合分析。对于N型样品或弱P型样品，拟合低温透射谱和高温透射谱所得到的组分值一致。但对于P型样品，由高温(如300K)和低温(如10K)透射谱拟合得到的样品组分存在一定的差别。拟合低温下透射边所得组分值大，拟合高温下透射边所得组分值小，差值(dx)可达0.004-0.021。这可能是由于高温下受主态带尾效应，使高温下吸收边红向移动。通过对样品进行变温透射谱测试，观测到P型HgCdTe材料透射边(吸收边)在低温区域(T<77K)存在随温度增加先蓝移后红移的反常‘S’移动现象，当温度超过77K后，吸收边再单调蓝移。对于N型HgCdTe材料，其透射边不存在这一反常现象。利用吸收系数经验公式对透射谱进行计算，得到了样品的变温吸收系数谱。通过分析吸收边的反常移动值与温度的依赖关系，从载流子的跃迁机理上对该反常移动现象给予了解释，我们认为该现象来源于P型HgCdTe材料中存在的浅受主杂质能级及其载流子在低温下的‘冷冻’效应，并大致估算了浅受主能级的能量位置。对于非故意掺杂(Hg 空位掺杂)P型HgCdTe材料，VHg受主能级位于价带上方11meV左右(0K时)，对于掺砷P型HgCdTe材料而言，砷受主能级(AsTe)的能量位置位于价带上方约10meV左右，且上述能级因样品制备方法和制备条件不同而略有不同。实验结果表明，在对P型HgCdTe材料/器件进行组分确定时，拟合极低温度(如10K)下的透射谱获得的组分值比较接近样品真实值。上述反常移动现象的发现可以解释传统透射谱方法(通过拟合室温或77K下的透射谱得到样品组分值)确定的HgCdTe材料响应波长向长波漂移的原因。 (2) 测量了Hg空位和As杂质的辐射复合光致发光，确立了VHg、AsHg、AsTe以及AsHg-VHg(砷施主与汞空位)复合体的能级值。为了探索和分析掺杂HgCdTe中的浅/深杂质能级，我们采用基于步进扫描FTIR的调制PL谱测试方法对外延HgCdTe材料进行了测试。该方法较传统基于连续扫描的调制光致发光谱测试方法有明显改进，能从本质上完全消除室温背景辐射对光致发光信号产生的干扰。通过对掺砷HgCdTe外延薄膜进行变温变功率PL谱测试，获得了退火条件、载流子浓度与其浅能级、深能级等带边结构参数间的关系。结合线性拟合和二阶微分谱等理论方法对样品PL谱进行分析，初步得到了浅受主能级VHg和AsTe分别位于价带顶14meV和11meV左右，浅施主能级AsHg位于导带底8meV左右，以及AsHg－VHg复合体位于价带顶约31.5meV处，并由此可以估算该复合体的形成能约为11meV左右。对比分析上述结果，可以发现，PL谱得到的浅受主能量位置与变温透射谱得到的结果基本一致，同时PL谱得到的浅施主能级与文献中采用电学方法得到的结果比较吻合。通过对掺砷原生样品(未退火)和退火样品进行光致发光谱比较测试，观察到原生样品中存在双深受主能级发光峰，初步认为其与掺杂源有关，且其能量位置可能分别位于价带顶约72meV和90meV左右。光致发光谱测试结果表明，退火能消除上述双深受主能级。论文最后简单给出了掺杂HgCdTe材料的电子能带结构示意图。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-14 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4678]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 越方禹. 掺杂碲镉汞中长波红外发光和吸收谱研究[D]. 中国科学院研究生院. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。