ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2024-91-02-23-33

УДК: 551.501.816; 551.510.411

Оптические свойства и разупорядочение плёнок HgCdTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии

Ссылка для цитирования:

Ружевич М.С., Мынбаев К.Д., Баженов Н.Л., Дорогов М.В., Варавин В.С., Михайлов Н.Н., Ужаков И.Н., Ремесник В.Г., Якушев М.В. Оптические свойства и разупорядочение плёнок HgCdTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 2. С. 23–33. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-23-33

 

Ruzhevich M.S., Mynbaev K.D, Bazhenov N.L., Dorogov M.V., Varavin V.S., Mikhailov N.N., Uzhakov I.N., Remesnik V.G., Yakushev M.V. Optical properties and disorder of HgCdTe films grown by molecular beam epitaxy [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 2. P. 23–33. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-23-33

Ссылка на англоязычную версию:

-

Аннотация:

Предмет исследования. Эпитаксиальные плёнки твёрдых растворов Hg1–xCdxTe с мольной долей CdTe x от 0,3 до 0,7, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии и предназначенные для изготовления фотоприёмных и лазерных структур инфракрасного диапазона. Цель работы. Определение связи оптических и микроскопических свойств твёрдых растворов Hg1–xCdxTe при наличии флуктуаций состава твёрдого раствора. Метод. Оптическое пропускание, фотолюминесценция, сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией. Основные результаты. Путём сопоставления результатов оптических, структурных и микроскопических исследований показано, что для плёнок с x ≈ 0,3 данные исследований оптических свойств позволяют адекватно оценить ширину запрещённой зоны и определить химический состав материала. Показано высокое совершенство данного материала и подтверждено, что его разупорядочение обусловлено лишь спецификой формирования полупроводниковых твёрдых растворов. Для плёнок с x ≈ 0,7 установлено, что данные о ширине запрещённой зоны и составе могут быть получены лишь из эллипсометрических исследований и измерений оптического пропускания, в то время как спектры фотолюминесценции при температурах вплоть до комнатной формируются оптическими переходами с участием носителей, локализованных на масштабных флуктуациях состава. В плёнках с x ≈ 0,7 также обнаружено присутствие неконтролируемых акцепторных состояний, что может быть свидетельством необходимости оптимизации технологии данного материала. Практическая значимость. Выявлены границы применимости фотолюминесцентных исследований для характеризации свойств твёрдых растворов Hg1–xCdxTe. Показана необходимость дальнейшей оптимизации технологии данных материалов больших (x ≈ 0,7) составов.

Ключевые слова:

HgCdTe, люминесценция, твёрдые растворы, флуктуации состава

Благодарность:
работа, выполненная в ИФП им. А.В. Ржанова СО РАН, проводилась при финансовой поддержке гранта Министерства науки и высшего образования РФ от № 075-15-2020-797(13.1902.21.0024)

Коды OCIS: 120.7000, 250.5230, 260.3060

Список источников:

1.    Kopytko M., Rogalski A. New insights into the ultimate performance of HgCdTe photodiodes // Sensor. Actuat. A–Phys. 2022. V. 339. P. 113511. https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113511

2.   Bhan R.K., Dhar V. Recent infrared detector technologies, applications, trends and development of HgCdTe based cooled infrared focal plane arrays and their characterization // Opto-Electronics Rev. 2019. V. 27. P. 174–193. https://doi.org/10.1016/j.opelre.2019.04.004

3.   Ruffenach S., Kadykov A., Rumyantsev V.V., Torres J., Coquillat D., But D., Krishtopenko S.S., Consejo C., Knap W., Winnerl S., Helm M., Fadeev M.A., Mikhailov N.N., Dvoretskii S.A., Gavrilenko V.I., Morozov S.V., Teppe F. HgCdTe-based heterostructures for terahertz photonics // APL Mater. 2017. V. 5. № 3. P. 035503. https://doi.org/10.1063/1.4977781

4.   Mokdad N., Mami F.Z., Boukli-Hacène N., Zitouni K., Kadri A. Theoretical study of Urbach tail behavior in Hg1–xCdxTe in the 0.21  ≤  x  ≤  0.6 medium and far infrared optical ranges // J. Appl. Phys. 2022. V. 132. № 17. P. 175702. https://doi.org/10.1063/5.0101924

5.   Rumyantsev V.V., Razova A.A., Fadeev M.A., Utochkin V.V., Mikhailov N.N., Dvoretsky S.A., Gavrilenko V.I., Morozov S.V. Urbach tail and non-uniformity probe of HgCdTe thin films and quantum well heterostructures grown by molecular beam epitaxy // Opt. Eng. 2020. V. 60. № 8. P. 082007. https://doi.org/10.1117/1.OE.60.8.082007

6.   Gille P., Herrmann K.H., Puhlmann N., Schenk M., Tomm J.W., Werner L. Eg versus x relation from photoluminescence and electron microprobe investigations in p-type Hg1–xCdxTe (0.35 ≤ x ≤ 0.7) // J. Cryst. Growth. 1988. V. 86. № 1–4. P. 593–598. https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)90781-F

7.    Lusson A., Fuchs F., Marfaing Y. Systematic photoluminescence study of CdxHg1–xTe alloys in wide composition range // J. Cryst. Growth. 1990. V. 101. № 1–4. P. 673–677. https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)91056-V

8.   Mynbaev K.D., Bazhenov N.L., Dvoretsky S.A., Mikhailov N.N., Varavin V.S., Marin D.V., Yakushev M.V. Photoluminescence of molecular beam epitaxy-grown mercury cadmium telluride: Comparison of HgCdTe/GaAs and HgCdTe/Si technologies // J. Electron. Mater. 2018. V. 47. № 8. P. 4731–4736. https://doi.org/10.1007/s11664-018-6364-9

9.   Shao J., Chen L., Lu W., Lü X., Zhu L., Guo S., He L., Chu J. Backside-illuminated infrared photoluminescence and photoreflectance: Probe of vertical nonuniformity of HgCdTe on GaAs // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. № 12. P. 121915. https://doi.org/10.1063/1.3373595

10. Kurtz S.R., Bajaj J., Edwall D.D., Irvine S.J.C. Infrared photoluminescence characterization of long-wavelength HgCdTe detector materials // Semicond. Sci. Technol. 1993. V. 8. № 6. P. 941–945. https://doi.org/10.1088/0268-1242/8/6s/015

11.  Ruzhevich M.S., Mynbaev K.D. Photoluminescence in Mercury Cadmium Telluride — a historical retrospective. Part II: 2004–2022 // Reviews on Advanced Materials and Technologies. 2022. V. 4. № 4. P. 17–38. https://doi.org/10.17586/2687-0568-2022-4-4-17-38

12.  Chen J., Li L., Lin Y., Liu L., Cui X. Influence of annealing on the surface structure evolution of intrinsic p-type HgCdTe films // Surfaces and Interfaces. 2023. V. 42. Part B. P. 103451. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2023.103451

13.  Qiu X.-F., Zhang S.-X., Zhang J., Wu Y., Chen P.-P. Microstructure and optical characterization of mid-wave HgCdTe grown by MBE under different conditions // Crystals. 2021. V. 11. № 3. P. 296. https://doi.org/10.3390/cryst11030296

14.  Швец В.А., Марин Д.В., Ремесник В.Г., Азаров И.А., Якушев М.В., Рыхлицкий С.В. Параметрическая модель спектров оптических постоянных Hg1–xCdxTe и определение состава соединения // Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 128. Вып. 12. С. 1815–1820. https://doi.org/10.21883/OS.2020.12.50315.349-20

15.  Швец В.А., Марин Д.В., Якушев М.В., Рыхлицкий С.В. Исследование температурной зависимости спектров оптических постоянных пленок Hg1–xCdxTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. Вып. 1. С. 33–40. https://doi.org/10.21883/OS.2021.01.50436.213-20

16.  Разова А.А., Уточкин В.В., Фадеев М.А., Румянцев В.В., Дубинов А.А., Кудрявцев К.Е., Шенгуров Д.В., Морозова Е.Е., Скороходов Е.В., Михайлов Н.Н., Дворецкий С.А., Гавриленко В.И., Морозов С.В. Лазерная генерация в гетероструктуре с квантовыми ямами CdxHg1–xTe/CdyHg1–yTe с микродисковыми резонаторами в диапазоне длин волн 4,1–5,1 мкм // Журнал прикладной спектроскопии. 2022. Т. 89. № 5. С. 632–637. https://doi.org/10.47612/0514-7506-2022-89-5-632-637

17.  Chang Y. Absorption of narrow-gap HgCdTe near the band edge including nonparabolicity and the Urbach tail // J. Electron. Mater. 2007. V. 36. № 8. P. 1000–1006. https://doi.org/10.1007/s11664-007-0162-0

18. Moazzami K. Optical absorption properties of HgCdTe epilayers with uniform composition // J. Electron. Mater. 2003. V. 32. № 7. P. 646–650. https://doi.org/10.1007/s11664-003-0046-x

19.  Ружевич М.С., Мынбаев К.Д., Баженов Н.Л., Дорогов М.В., Дворецкий С.А., Михайлов Н.Н., Ремесник В.Г., Ужаков И.Н. Характеризация широкозонных слоев в лазерных структурах на основе CdHgTe // Физика твердого тела. 2023. Т. 65. Вып. 3. С. 411–414. https://doi.org/10.21883/FTT.2023.03.54738.552

20. Becker C.R., Latussek V., Pfeuffer-Jeschke A., Landwehr G., Molenkamp L.W. Band structure and its temperature dependence for type-III HgTe/Hg1–xCdxTe superlattices and their semimetal constituent // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. № 15. P. 10353. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.10353

21.       Izhnin I.I., Voitsekhovsky A.V., Korotaev A.G., Fitsych O.I., Bonchyk A.Yu., Savytskyy H.V., Mynbaev K.D., Varavin V.S., Dvoretsky S.A., Mikhailov N.N., Yakushev M.V., Jakiela R. Optical and electrical studies of arsenic–implanted HgCdTe films grown with molecular beam epitaxy on GaAs and Si substrates // Infr. Phys. Technol. 2017. V. 81. P. 52–58. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2016.12.006