Simultane Untersuchung der Diffusion von intrinsischen und extrinsischen Defekten in CdTe mittels ortsaufgelöster Photolumineszenzspektroskopie

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Diffusionsphänomenen in CdTe. Radiotracerexperimente, bei denen mit Gruppe-I-Elementen dotiertes CdTe unter Cd-Dampfdruck getempert wurde, ergaben Konzentrationsprofile, welche die Diffusion der Fremdatome gegen ihren Konzentrationsgradienten voraussetzen (Uphill-Diffusion). In früheren Arbeiten wurde ein Modell entwickelt, das diese Konzentrationsprofile quantitativ mit der Diffusion der intrinsischen Defekte des Cd-Untergitters, insbesondere des interstitiellen Cd-Atoms, erklärt. Mit Hilfe der ortsaufgelösten Photolumineszenzspektroskopie (PL) war es in der vorliegenden Arbeit möglich, die Konzentrationsprofile verschiedener Defekte gleichzeitig zu beobachten. Dadurch wurden zum ersten Mal die Konzentrationsprofile von Au und den natürlichen Verunreinigungen des Probenmaterials, unterschieden nach Donatoren und Akzeptoren, sowie insbesondere das Profil der Cd-Leerstellen an einem Kristall gemessen. Dass darüber hinaus der Diffusionskoeffizient von Au in Te-reichem CdTe für Temperaturen zwischen 550 K und 750 K bestimmt werden konnte, unterstreicht die Verwendbarkeit der PL für Diffusionsmessungen. Der im Vergleich zu Cd-reichem CdTe um mehrere Größenordnungen schnellere Diffusionsprozess besitzt eine Aktivierungsenergie von 0.92(25) eV. Außerdem wurde gezeigt, dass die PL zweidimensional mit einer Ortsauflösung von wenigen Mikrometern Informationen und Konzentrationsprofile für optisch aktive Defekte in CdTe liefert. Die Messungen bestätigen das oben erwähnte Modell zur Erklärung der Uphill-Diffusion. Zusätzlich wurden Experimente an CdTe-Kristallen durchgeführt, die vor dem Tempern unter Ar-Atmosphäre einseitig mit einem Metallfilm bedampft wurden.

This thesis deals with diffusion phenomena in CdTe. Radiotracer experiments on CdTe doped with group-I impurities and annealed under external Cd vapor pressure develop concentration profiles requiring the diffusion of the impurity atoms against their concentration gradient (uphill diffusion). In earlier works, a model has been developed which reproduces these profiles quantitatively involving the diffusion of intrinsic defects on the Cd sublattice, especially the diffusion of interstitial Cd atoms. In the thesis presented here, spatially resolved photoluminescence spectroscopy (PL) was used to observe the concentration profiles of different impurity atoms and intrinsic defects in CdTe simultaneously. For the first time, it was possible to measure in one CdTe crystal the diffusion profiles of implanted Au atoms, acceptor and donor type impurities and, especially, of Cd vacancies. The diffusion coefficient of Au atoms in Te-rich CdTe has been studied in detail in the temperature range from 550 K to 750 K. This diffusion process with an activation enthalpy of 0.92(25) eV is several orders of magnitude faster compared to the diffusion in Cd-rich CdTe. It was demonstrated that PL measurements with a lateral resolution of several micrometers can determine concentration profiles of all optically active defects in CdTe simultaneously. The measurements confirm the current model used for the explanation of uphill diffusion in CdTe annealed under external Cd vapor pressure. Additionally, measurements on CdTe crystals with an evaporated metal film on one surface have been performed after being annealed in Ar atmosphere.