Heterolayers of Hexagonal α-CdTe

Abstract

Аргументовано важливість прямої зонної структури CdTe як необхідної умови при створенні на його основі високоефективних приладів фотоелектроніки. Показано можливість отримання гетерошарів телуридів кадмію методом ізовалентного заміщення. Визначено передумови виготовлення, та розроблено технологічні режими ізотермічного відпалу базових кристалів α-CdSe і α-CdS. Вперше отримано методом ізовалентного заміщення гетерошари з мало використовуваною нетиповою гексагональною модифікацією α-CdTe кристалічної гратки із високо стабільними властивостями. Розроблено методику і досліджено методом λ-модуляції оптичного опромінення базові параметри зонної структури і характеристики люмінесценції. Встановлено ширину забороненої зони Eg = 1,56 еВ і вперше визначено параметри зонної структури, а саме, підзон валентної зони, відщеплених внаслідок дії кристалічного поля Δcr ≈ 0,063 еВ і спін-орбітальної взаємодієї Δso ≈ 0,38 еВ. Встановлено високу квантову ефективність ƞ ≈ 7- 9% домінуючого у крайовій області випромінювання. Воно визначається легуванням ізовалентними домішками, якими є атоми базової підкладки. Важливою передумовою отримання високої інтенсивності (порівняно з кристалами CdTe з ƞ ~ 0,1-0,2%) є формування перехідного шару відповідного твердого розчину між складовими гетероструктур, який істотно зменшує концентрацією дефектів та неузгодженість кристалічних і термічних параметрів контактуючих матеріалів. Отримані особливості кристалічної структури забезпечують умови формування ефективної люмінесценції, базовими механізмами якої є міжзонні випромінювальні переходи і домінуюча анігіляція зв’язаних на ізовалентних домішках екситонів.

The importance of the direct band structure of CdTe as a necessary condition for the creation of highperformance photoelectronic devices based on it is argued. The possibility of obtaining heterolayers (HLs) of cadmium tellurides by the method of isovalent substitution is shown. Prerequisites for manufacturing are determined and technological modes of isothermal annealing of α-CdSe and α-CdS base crystals are developed. For the first time, HLs with a little-used atypical hexagonal modification α-CdTe crystal lattice with highly stable properties are obtained by isovalent substitution. A technique is developed, and the basic parameters of the band structure and luminescence characteristics are studied by the method of λ-modulation of optical irradiation. The band gap Eg = 1.56 eV is established, and the parameters of the band structure are determined for the first time, namely, the subbands of the valence band split off due to the action of the crystal field Δcr ≈ 0.06 eV and the spin-orbit interaction Δso ≈ 0.38 eV. A high quantum efficiency ƞ ≈ 7-9 % of the dominant radiation in the edge region is established. It is determined by doping with isovalent impurities, which are the atoms of the base substrate. An important prerequisite for obtaining high intensity (compared to CdTe crystals with ƞ ~ 0.1-0.2 %) is the formation of a transition layer of the corresponding solid solution between the components of heterostructures, which significantly reduces the concentration of defects and the discrepancy between the crystalline and thermal parameters of the contacting materials. The obtained features of the crystal structure provide the conditions for the formation of effective luminescence, the basic mechanisms of which are interband radiative transitions and the dominant annihilation of excitons bound on isovalent impurities.