2.4.6 Влияние примеси никеля на оптическое поглощение селенида цинка

Спектры поглощения в видимой области нелегированных кристаллов селенида цинка при температуре 77K характеризуются полосой поглощения с энергией 2,82 эВ рисунок 14 (кривая 1). В области с энергией 2,75?2,80 эВ появляется второй линейный участок зависимости (D?) ²от E. [23] В этой спектральной области имеет место экситонное поглощение света из-за неупругого экситон-экситонного взаимодействия. [20]

В области с энергией 0,30?2,6 эВ нет никаких особенностей в спектрах поглощения нелегированных кристаллов. При легировании кристаллов, с увеличением температуры отжига, смещается край поглощения в сторону меньших энергий (кривые 2-4). [23]

Рис. 14. Спектры оптического поглощения кристаллов ZnSe (1) и ZnSe: Ni²⁺ (2-4). На вставке фрагмент кривой 2.

В области с энергией 1,8?2,6 эВ спектры поглощения кристаллов селенида цинка, легированных никелем характеризуются серией слабо разрешимых линий (кривые 2-4). Поглощение света в этой области спектра увеличивается с повышением концентрации примеси. Если посмотреть на фрагмент спектра 2, то на нем выделяются пять линий поглощения (A, B, C, D, E): 2,57; 2,34; 2,14; 2,02; 1,86 эВ. При исследованиях оптического поглощения в температурном интервале от 77 до 300K было выяснено, что положение этих линий не изменяется с ростом температуры. Тогда можно сделать вывод о том, что эти линии поглощения объясняются внутрицентровыми переходами.

Рис. 15. Спектры оптического поглощения (1,2) и фотолюминесценции (3) в ближней ИК области кристаллов ZnSe: Ni²⁺ при Т=77К (1,3) и 300К (2).

При легировании кристаллов никелем появляется серия линий поглощения в ближнем ИК-диапазоне, это линии при 1,41; 1,46; 1,52 эВ рисунок 15 кривые 1,2. [23]

Выяснено, что при повышении концентрации никеля поглощение в этой области спектра увеличивается, но при изменении температуры от 77 до 300K заметного смещения положения этих линий не происходит. Это говорит о внутрицентровом характере оптических переходов. Линия поглощения при 1,46 эВ объясняется переходами ³T₁ (F) > ³T₁ (P), а две остальные линии наблюдаются впервые. Можно предположить, что они объясняются переходами на расщепленные в результате спин-орбитального взаимодействия ³T₁ (P) состояния иона Ni²⁺.

Была исследована люминесценция в ближнем ИК области, где наблюдалась также линия излучения на 1,39 эВ при температуре 77K рис.15 (кривая 3). Эта линия излучения связана с переходами ³T₁ (P) > ³T₁ (F), которая происходит в пределах иона Ni²⁺. [23]

Рис. 16. Спектры оптического поглощения в средней ИК области кристаллов ZnSe: Ni²⁺ при Т=77К.

На рисунке 16 представлены спектры поглощения в среднем ИК-диапазоне. Легирование кристаллов приводит к появлению полос поглощения при 0,55 и 1,10 эВ. Поглощение света возрастает с увеличением концентрации никеля, а положение спектральных полос не меняет с изменением температуры от 77 до 300 K. Линия поглощения на 0,55 эВ объясняется переходами ³T₁ (F) > ³A₂ (F), а линия поглощения на 1,10 эВ - переходами ³T₁ (F) > ³T₂ (F), которые происходят в пределах иона Ni²⁺.

Следует сказать, что по мере того как увеличивается степень легирования кристаллов наблюдается размытие полос поглощения. Такое же размытие структуры линий происходит и в спектрах поглощения в ближней ИК-области, скорее всего, это связано с проявлением межпримесного взаимодействия ионов Ni²⁺. [23]