Preparation and Optical Properties of Substrates with Surface Nanostructure

Abstract

It is experimentally established that thermal annealing of single-crystal substrates of Cd1-xMnxTe (x = 0.04-0.45) solid solutions in the air at 920 K results in formation of surface nanostructure (SNS). In so doing, optimal annealing time ta for each molar composition х is determined by empirical expression ta ≈ 35 + 1.3·x, min. Analysis of АFM-topograms shows that SNS is a set of pyramids with the base size 2- 5 µm, which are a combination of smaller 10-100 nm nanopyramids. The result of size quantization in the latter is luminescence band in the energy region ħω larger than the energy gap of material Eg, and its maximum ħωm with increasing х is displaced toward high-energy region. Large half-width of this band is due to considerable spread in dimensions of small nanopyramids. Displacement of maxima of bands of differential optical transmission spectra of substrates with SNS to low-energy region is explained by joint action of light absorption and scattering with participation of free pyramids.

Експериментально встановлено, що термічний відпал монокристалічних підкладинок твердих розчинів Cd1-xMnxTe (x = 0,04-0,45) на повітрі при 650 °С приводить до утворення поверхневої нано- структури (ПНС). При цьому оптимальний час відпалу tВ для кожного молярного складу х визнача- ється емпіричним виразом tВ ≈ 35 + 1,3·x, хв. Аналіз АСМ-топограм показує, що ПНС являє собою на- бір пірамід з розміром основи 2-5 мкм, які є об’єднанням більш мілких 10-100 нм нанопірамід. Нас- лідком розмірного квантування в останніх є смуга люмінесценції в області енергій ħω більших за ши- рину забороненої зони Eg матеріалу, а її максимум ħωm з ростом х зміщується у високоенергетичну сторону. Велика півширина цієї смуги обумовлена значним розкидом розмірів мілких нанопірамід. Зміщення максимумів смуг диференційних спектрів оптичного пропускання підкладинок з ПНС у низькоенергетичну область пояснюється сумісною дією процесів поглинання і розсіяння світла за участю більших пірамід.

Экспериментально установлено, что термический отжиг монокристаллических подложек твердых растворов Cd1-xMnxTe (x = 0,04-0,45) на воздухе при 650 °С приводит к образованию поверхностной наноструктуры (ПНС). При этом оптимальное время отжига tО для каждого молярного состава х опре- деляется эмпирическим выражением tО ≈ 35 + 1,3·x, мин. Анализ АСМ-топограм показывает, что ПНС являет собой набор пирамид с размером основы 2-5 мкм, которые являются объединением более мел- ких 10-100 нм нанопирамид. Следствием размерного квантования в последних есть полоса люминес- ценции в области энергий ħω больших за ширину запрещенной зоны Eg материала, а еѐ максимум ħωm с увеличением х смещается в высокоэнергетическую сторону. Большая полуширина данной поло- сы обусловлена значительным разбросом размеров мелких нанопирамид. Смещение максимумов по- лос дифференциальных спектров оптического пропускания подложек с ПНС в низкоэнергетическую область объясняется совместным действием процессов поглощения и рассеяния света с участием сво- бодных пирамид.