Luminescence centers in N-ion implanted ZnSe

Abstract

60keVdml 에너지에 1015 이온/㎠의 密度로 窒素이온이 注入된 n형 ZnSe에 관하여 調査하였다. 이때 使用된 n형 ZnSe는 Zn 奮圍氣속에서 900℃로 24時間 熱處理된 것이다. 窒素 이온을 注入하여 熱處理한 結晶에 p型層이 형성되었다는 사실은 熱探針法, 光起電力效果, 電流-電壓·特性測定으로 確認되었다. 77°K에서 光發光에는 항상 端放出, 强한 綠色과 弱한 赤色이 나타났고 그 peak는 各各 4630Å（2.68eV）, 5300Å（2.3keV）그리고 6300Å（1.98eV）이었다. 端放出과 綠色은 210°K 에서 消失하였으나 赤色은 그렇지 않았다. 順方向 bias가 걸린 電場發光도 液體窒素溫度에서 光發光의 경우와 거의 같은 發光帶를 나타냈으나 端放出 强度가 異常增大하는 것을 볼 수 있었다. 이와 같은 增大는 眞性 端放出과 輻射性 再結合 사이에 이루어지는 일종의 協同을 想定함으로써 理解될 수 있다. 여기서 輻射性 再結合이라 함은 傳導帶안에 있는 自由電子와 Se 자리에 들어간 窒素에 의하여 形成된 얕은 acceptor가 結合하는 것을 意味한다. 光發光의 放出强度의 溫度依存性에서 抽出된 peak 에너지의 移行과 半輻値（half-width）의 變化를 觀察함으로써 綠色中心은 局在된 것이며 그 遷移의 形態는 Schon-Klasen 模型으로 分類된다는 것을 알 수 있었다. 上述한 바 溫度依存性과 熱處理過程 등으로 綠色中心은 局在하는 Zn의 空位이며 赤色中心은 Se의 空位로 推定될 수 있다. ; N-ion implantation into n-type with energy of 60 keV at dose level of 1015 ions/㎠ has been investigated. The starting sample was heat treated in molten Zn at 900℃ for 24 hours to obtain high conductivity. The measurements of thermal probe, photovoltaic effect and I-V characteristic of the implanted and annealed ZnSe have given good evidences for p-type layer formation on the sample. The photoluminescence always exhibits edge emission, intense green and weak red at 77°K, peaked at 4630Å（2.68eV）, 5300Å（2.3keV）and 6300Å（1.98eV）, respectively. The edge emission and green band completely quenched out at above 210°K but the red band did not. The electroluminescence biased in forward direction shows same bands as that of photoluminescence at liquid nitrogen temperature, but anomalous enhancement of the edge emission intensity can be seen. This enhancement can be understood only by presuming a kind of cooperation between intrinsic edge emission and radiative recombination in which free electrons in the conduction band recombine with shallow acceptor formed by Nse. By observing the peak energy shift and the variation of half-width deduced from the temperature dependence of emission intensity, the green center can be assumed to be the localized one and the transition type classified into Schon-Klasen’s model. By means of temperature dependence measurements mentioned above and annealing process, the green center can be ascribed to the localized Zn vacancies, while the red center to Se vacancies.