【摘要】：通過對Bridgeman方法生長的CdZnTe單晶樣品進行光致發(fā)光(Photoluminescence,PL)光譜測量,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的深能級發(fā)光過程.進一步對CdZnTe晶錠的不同位置取樣進行低溫變磁場光致發(fā)光光譜測試,獲得高分辨光譜信息.擬合分析結果表明:(1)在不含Te沉淀物的CdZnTe樣品內部存在應力分布,并因此導致輕、重空穴帶分裂;(2)1.57 eV發(fā)光特征源于淺施主雜質與價帶間的復合過程.
【圖文】：

5期祁鎮(zhèn)等:磁光—光致發(fā)光分析CdZnTe單晶帶邊淺雜質能級圖15K下兩個CdZnTe單晶樣品(L和M)的近紅外、可見波段光致發(fā)光光譜Fig.1．PhotoluminescencespectraoftwoCdZnTecrystalsamples(denotedasLandM)at5Kinarangeof0．75～1．65eV進一步地，我們對兩樣品進行變磁場條件下的PL光譜測量，得到了高信噪比、峰位清晰的系列光譜，并對相關光譜特征進行了擬合分析．圖2樣品M在5K溫度下變磁場光致發(fā)光光譜，由下至上磁場強度由0增強至10T，步長間隔為1T(左)以及特征峰位隨磁場演化和擬合結果(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PL光譜及其擬合特征．基于此前報道，圖中標定了自由激子(FX)、施主束縛擊子(DX)及其聲子伴線(DX-LO、DX-2LO)的相關躍遷過程．從圖2的右圖擬合分析結果可以看出CdZnTe材料的各類發(fā)光特征在磁場中的移動量均不明顯，最大也只有約5meV．CdZnTe的激子結合能約為10meV［9］，而即使在10T下，自由激子僅藍移2．7meV．如果考慮庫倫相互作用，激子的哈密頓量可以寫成為－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為電子與空穴相對位置，A=1/2(B×r)，K為激子的質心動量，εr為材料的相對介電常數(shù)，me與mh分別為材料中電子和空穴的有效質量．式中第一項為動能項，第二項是激子中電子與空穴的庫倫勢?

5期祁鎮(zhèn)等:磁光—光致發(fā)光分析CdZnTe單晶帶邊淺雜質能級圖15K下兩個CdZnTe單晶樣品(L和M)的近紅外、可見波段光致發(fā)光光譜Fig.1．PhotoluminescencespectraoftwoCdZnTecrystalsamples(denotedasLandM)at5Kinarangeof0．75～1．65eV進一步地，我們對兩樣品進行變磁場條件下的PL光譜測量，得到了高信噪比、峰位清晰的系列光譜，并對相關光譜特征進行了擬合分析．圖2樣品M在5K溫度下變磁場光致發(fā)光光譜，由下至上磁場強度由0增強至10T，步長間隔為1T(左)以及特征峰位隨磁場演化和擬合結果(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PL光譜及其擬合特征．基于此前報道，圖中標定了自由激子(FX)、施主束縛擊子(DX)及其聲子伴線(DX-LO、DX-2LO)的相關躍遷過程．從圖2的右圖擬合分析結果可以看出CdZnTe材料的各類發(fā)光特征在磁場中的移動量均不明顯，最大也只有約5meV．CdZnTe的激子結合能約為10meV［9］，而即使在10T下，自由激子僅藍移2．7meV．如果考慮庫倫相互作用，激子的哈密頓量可以寫成為－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為電子與空穴相對位置，A=1/2(B×r)，K為激子的質心動量，εr為材料的相對介電常數(shù)，me與mh分別為材料中電子和空穴的有效質量．式中第一項為動能項，第二項是激子中電子與空穴的庫倫勢?

紅外與毫米波學報36卷圖35K溫度下CdZnTe樣品L帶邊附近的變磁場光致發(fā)光光譜(由下至上磁場強度由0T至10T)Fig．3PhotoluminescencespectraofCdZnTesampleLat5Kinmegniticfieldof0～10T現(xiàn)為光譜線型的細致區(qū)別．但需要明確的是，無論是低溫PL和磁場PL實驗，樣品M和樣品L都是在同一條件下進行的，而且在變磁場過程中除磁場強度外的實驗條件均保持標稱一致，這就保證了兩個樣品PL光譜的可對比性和樣品退磁移動能量的可靠性．從圖3可得，自由激子的移動約為2．7meV，與樣品M中自由激子移動基本一致．在樣品L中，1.57eV處的自由載流子躍遷PL特征在磁場的作用下僅藍移1．5meV，遠小于樣品M的對應結果．將結果代入朗道能級分裂表達式，計算得到mh=0.39m0，與文獻報道的CdZnTe輕、重空穴平均有效質量結果相近．這表明在樣品L中，1．57eV處的PL躍遷包含了重空穴的效應．基于兩枚樣品中1．57eV處PL過程的不同躍遷機制，我們提出一種可能的解釋:Bridgeman方法生長的CdZnTe樣品即使在沒有沉淀物的情況下(如樣品M)仍具有大量的反位和空位缺陷［12］．這些缺陷會在其周圍形成局部應變場［13］．PL光譜中1．57eV處的發(fā)光特征反映的是缺陷能級到價帶間的輻射過程．該缺陷周圍的電子結構受到其局部應變場的效應，造成了價帶頂?shù)妮p、重空穴劈裂，如圖4所示［14］．而對于樣品L，由于Te沉淀物的存在，有以下幾種可能的原因使得PL沒有反應其應變特性:(i)沉淀物與缺陷相互作用，破壞應變場的分布，造成應力釋放;(ii)沉淀物增強應變區(qū)域的非輻射復合通道，使得相關的PL猝滅，因此無法在變磁場PL過程反應出來．施主能級到輕空穴帶的躍遷使得樣品M的磁光-PL獲得的結果．而對于樣品L，由于在生長過程中的應變積聚較大，超過材?

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