【摘要】：通過(guò)對(duì)Bridgeman方法生長(zhǎng)的CdZnTe單晶樣品進(jìn)行光致發(fā)光(Photoluminescence,PL)光譜測(cè)量,發(fā)現(xiàn)CdZnTe樣品表面Te沉淀物的存在明顯影響能量低于1.5 eV的深能級(jí)發(fā)光過(guò)程.進(jìn)一步對(duì)CdZnTe晶錠的不同位置取樣進(jìn)行低溫變磁場(chǎng)光致發(fā)光光譜測(cè)試,獲得高分辨光譜信息.擬合分析結(jié)果表明:(1)在不含Te沉淀物的CdZnTe樣品內(nèi)部存在應(yīng)力分布,并因此導(dǎo)致輕、重空穴帶分裂;(2)1.57 eV發(fā)光特征源于淺施主雜質(zhì)與價(jià)帶間的復(fù)合過(guò)程.
【圖文】：

5期祁鎮(zhèn)等:磁光—光致發(fā)光分析CdZnTe單晶帶邊淺雜質(zhì)能級(jí)圖15K下兩個(gè)CdZnTe單晶樣品(L和M)的近紅外、可見(jiàn)波段光致發(fā)光光譜Fig.1．PhotoluminescencespectraoftwoCdZnTecrystalsamples(denotedasLandM)at5Kinarangeof0．75～1．65eV進(jìn)一步地，我們對(duì)兩樣品進(jìn)行變磁場(chǎng)條件下的PL光譜測(cè)量，得到了高信噪比、峰位清晰的系列光譜，并對(duì)相關(guān)光譜特征進(jìn)行了擬合分析．圖2樣品M在5K溫度下變磁場(chǎng)光致發(fā)光光譜，由下至上磁場(chǎng)強(qiáng)度由0增強(qiáng)至10T，步長(zhǎng)間隔為1T(左)以及特征峰位隨磁場(chǎng)演化和擬合結(jié)果(右)Fig．2PhotoluminescencespectraoftheMsampleat5Kinamagneticfieldof0～10T(left)andthemagneticfieldevolutionofpeakenergyandfittingresultofshallowimpurities-relatedPLfeatures(right)圖2所示是樣品M在5K溫度下的變磁場(chǎng)PL光譜及其擬合特征．基于此前報(bào)道，圖中標(biāo)定了自由激子(FX)、施主束縛擊子(DX)及其聲子伴線(DX-LO、DX-2LO)的相關(guān)躍遷過(guò)程．從圖2的右圖擬合分析結(jié)果可以看出CdZnTe材料的各類發(fā)光特征在磁場(chǎng)中的移動(dòng)量均不明顯，最大也只有約5meV．CdZnTe的激子結(jié)合能約為10meV［9］，而即使在10T下，自由激子僅藍(lán)移2．7meV．如果考慮庫(kù)倫相互作用，激子的哈密頓量可以寫(xiě)成為－h(huán)22μ鄀2r－e24πε0εrr－i醎e1me－1m()hA(r)·鄀r+e22μA2(r)+ehme+mhK·A(r)鐖(r)=E－醎2K22(me+mh)鐖(r)，(1)其中，r為電子與空穴相對(duì)位置，A=1/2(B×r)，K為激子的質(zhì)心動(dòng)量，εr為材料的相對(duì)介電常數(shù)，me與mh分別為材料中電子和空穴的有效質(zhì)量．式中第一項(xiàng)為動(dòng)能項(xiàng)，第二項(xiàng)是激子中電子與空穴的庫(kù)倫勢(shì)?

5期祁鎮(zhèn)等:磁光—光致發(fā)光分析CdZnTe單晶帶邊淺雜質(zhì)能級(jí)圖15K下兩個(gè)CdZnTe單晶樣品(L和M)的近紅外、可見(jiàn)波段光致發(fā)光光譜Fig.1．PhotoluminescencespectraoftwoCdZnTecrystalsamples(denotedasLandM)at5Kinarangeof0．75～1．65eV進(jìn)一步地，我們對(duì)兩樣品進(jìn)行變磁場(chǎng)條件下的PL光譜測(cè)量，得到了高信噪比、峰位清晰的系列光譜，并對(duì)相關(guān)光譜特征進(jìn)行了擬合分析．圖2樣品M在5K溫度下變磁場(chǎng)光致發(fā)光光譜，由下至上磁場(chǎng)強(qiáng)度由0增強(qiáng)至10T，步長(zhǎng)間隔為1T(左)以及特征峰位隨磁場(chǎng)演化和擬合結(jié)果(右)Fig．2PhotoluminescencespectraoftheMsampleat5Kinamagneticfieldof0～10T(left)andthemagneticfieldevolutionofpeakenergyandfittingresultofshallowimpurities-relatedPLfeatures(right)圖2所示是樣品M在5K溫度下的變磁場(chǎng)PL光譜及其擬合特征．基于此前報(bào)道，圖中標(biāo)定了自由激子(FX)、施主束縛擊子(DX)及其聲子伴線(DX-LO、DX-2LO)的相關(guān)躍遷過(guò)程．從圖2的右圖擬合分析結(jié)果可以看出CdZnTe材料的各類發(fā)光特征在磁場(chǎng)中的移動(dòng)量均不明顯，最大也只有約5meV．CdZnTe的激子結(jié)合能約為10meV［9］，而即使在10T下，自由激子僅藍(lán)移2．7meV．如果考慮庫(kù)倫相互作用，激子的哈密頓量可以寫(xiě)成為－h(huán)22μ鄀2r－e24πε0εrr－i醎e1me－1m()hA(r)·鄀r+e22μA2(r)+ehme+mhK·A(r)鐖(r)=E－醎2K22(me+mh)鐖(r)，(1)其中，r為電子與空穴相對(duì)位置，A=1/2(B×r)，K為激子的質(zhì)心動(dòng)量，εr為材料的相對(duì)介電常數(shù)，me與mh分別為材料中電子和空穴的有效質(zhì)量．式中第一項(xiàng)為動(dòng)能項(xiàng)，第二項(xiàng)是激子中電子與空穴的庫(kù)倫勢(shì)?

紅外與毫米波學(xué)報(bào)36卷圖35K溫度下CdZnTe樣品L帶邊附近的變磁場(chǎng)光致發(fā)光光譜(由下至上磁場(chǎng)強(qiáng)度由0T至10T)Fig．3PhotoluminescencespectraofCdZnTesampleLat5Kinmegniticfieldof0～10T現(xiàn)為光譜線型的細(xì)致區(qū)別．但需要明確的是，無(wú)論是低溫PL和磁場(chǎng)PL實(shí)驗(yàn)，樣品M和樣品L都是在同一條件下進(jìn)行的，而且在變磁場(chǎng)過(guò)程中除磁場(chǎng)強(qiáng)度外的實(shí)驗(yàn)條件均保持標(biāo)稱一致，這就保證了兩個(gè)樣品PL光譜的可對(duì)比性和樣品退磁移動(dòng)能量的可靠性．從圖3可得，自由激子的移動(dòng)約為2．7meV，與樣品M中自由激子移動(dòng)基本一致．在樣品L中，1.57eV處的自由載流子躍遷PL特征在磁場(chǎng)的作用下僅藍(lán)移1．5meV，遠(yuǎn)小于樣品M的對(duì)應(yīng)結(jié)果．將結(jié)果代入朗道能級(jí)分裂表達(dá)式，計(jì)算得到mh=0.39m0，與文獻(xiàn)報(bào)道的CdZnTe輕、重空穴平均有效質(zhì)量結(jié)果相近．這表明在樣品L中，1．57eV處的PL躍遷包含了重空穴的效應(yīng)．基于兩枚樣品中1．57eV處PL過(guò)程的不同躍遷機(jī)制，我們提出一種可能的解釋:Bridgeman方法生長(zhǎng)的CdZnTe樣品即使在沒(méi)有沉淀物的情況下(如樣品M)仍具有大量的反位和空位缺陷［12］．這些缺陷會(huì)在其周圍形成局部應(yīng)變場(chǎng)［13］．PL光譜中1．57eV處的發(fā)光特征反映的是缺陷能級(jí)到價(jià)帶間的輻射過(guò)程．該缺陷周圍的電子結(jié)構(gòu)受到其局部應(yīng)變場(chǎng)的效應(yīng)，造成了價(jià)帶頂?shù)妮p、重空穴劈裂，如圖4所示［14］．而對(duì)于樣品L，由于Te沉淀物的存在，有以下幾種可能的原因使得PL沒(méi)有反應(yīng)其應(yīng)變特性:(i)沉淀物與缺陷相互作用，破壞應(yīng)變場(chǎng)的分布，造成應(yīng)力釋放;(ii)沉淀物增強(qiáng)應(yīng)變區(qū)域的非輻射復(fù)合通道，使得相關(guān)的PL猝滅，因此無(wú)法在變磁場(chǎng)PL過(guò)程反應(yīng)出來(lái)．施主能級(jí)到輕空穴帶的躍遷使得樣品M的磁光-PL獲得的結(jié)果．而對(duì)于樣品L，由于在生長(zhǎng)過(guò)程中的應(yīng)變積聚較大，超過(guò)材?

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本文編號(hào)：2792127