Author(s):
Soares, Manuel Jorge de Araújo Pereira 
Date: 2002
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/4483
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Óptica - Teses de doutoramento; Cristais
Description
Neste trabalho privilegiam-se as técnicas ópticas, nomeadamente a
fotoluminescência a transmissão, a reflexão e a difusão de Raman na
caracterização de defeitos e impurezas em cristais e heterostruturas de
CdTe/GaAs. No primeiro capítulo efectua-se uma revisão sucinta das
propriedades dos compostos II-VI e são colocados os problemas a
investigar. O segundo capítulo é dedicado a alguns aspectos teóricos
relevantes para a análise dos resultados obtidos nos capítulos quatro a nove.
O equipamento utilizado e as experiências realizadas são descritas no
terceiro capítulo. A caracterização por espectroscopia de luminescência do
tipo de transições e dos defeitos envolvidos nas amostras de fábrica é
efectuada com detalhe no quarto capítulo. Neste capítulo são analisadas
ainda as emissões devidas a desvios estequiométricos causados pelo
recozimento com excesso e defeito de Cd. No capítulo cinco são estudadas
por fotoluminescência amostras dopadas intencionalmente com oxigénio por
difusão e mostra-se que este elemento se comporta como trapa
isoelectrónica no CdTe tal como acontece no ZnTe. Neste capítulo são
estudadas também amostras dopadas com ferro pelo mesmo método e são
apresentadas as dificuldades em colocar este dopante em sítios
substitucionais, nomeadamente no sítio do Cd. No sexto capítulo é estudada
a região 1.4 eV, evidenciando o seu comportamento em função da
temperatura e da potência de excitação, o seu perfil e a interacção electrãorede.
No sétimo capítulo mostra-se que a técnica micro-Raman com luz
visível coerente não permite extrair conclusões fiáveis acerca das inclusões
de Te na superfície do CdTe, uma vez que a radiação ao ser focada nas
amostras, induz a formação de aglomerados nos quais o Te é o elemento
dominante. Neste capítulo calcula-se também a concentração de portadores
livres através da interacção do plasmão com o fonão óptico longitudinal. O
oitavo capítulo é dedicado ao estudo de camadas de CdTe/GaAs com
diferentes espessuras nomeadamente na análise da distribuição das
deslocações e da deformação na superfície em função da espessura. Os
resultados obtidos são comparados através da largura a meia altura das
curvas de DCXRD (“Double Crystal X Ray Diffraction”) e dos espectros de
reflectância. Por fotoluminescência, são caracterizados os defeitos
introduzidos durante o crescimento, são utilizados e desenvolvidos modelos
complementares na distinção do tipo de transições ópticas obtidas. No nono
capítulo, por espectroscopia de absorção e de reflexão em cristais de CdTe e
em camadas de CdTe/GaAs na região reststrahlen são determinadas as
frequências dos modos ópticos longitudinal e transversal com bastante
precisão. Os resultados obtidos — pelas relações de dispersão de Kramers-
Kronig — são simulados pelo modelo do oscilador harmónico classico,
mostrando que ambos os métodos descrevem de forma semelhante o
comportamento do CdTe nessa região sendo possível determinar as
frequências ópticas transversal e longitudinal, as constantes dieléctrica
óptica e estática e os coeficientes de amortecimento e de Szigeti. Nas
heterostruturas e nas camadas mais espessas determina-se também a
concentração de portadores de carga n. No décimo capítulo resumem-se as
conclusões do trabalho e são abordados aspectos relacionados com
desenvolvimentos possíveis de futuros trabalhos. In this work we selected the optical techniques namely reflection
photoluminescence, transmission and Raman scattering in the defects
and impurities for the characterization of CdTe crystals and CdTe/GaAs
heterostructures.
The first chapter presents a brief review of the physical properties of CdTe
and other II-VI compounds. They are proposed some problems to
investigate in CdTe. The second chapter is concerned to the theoretical
aspects relevant to the analysis of the experimental data taken in the forth
to ninth chapters.
The equipment used and experimental techniques are described is in
chapter three.
The optical transitions and the defect characterization by
photoluminescence of as grown samples are studied in chapter four as
well as annealing behavior of mid-gap optical defects under different
conditions. The emissions of CdTe samples under annealing in different
conditions are also studied. It is shown that these bands are strongly
related with the chemical stoichiometry.
The fifth chapter devotes its attention to samples intentionally doped with
oxygen and iron by diffusion. It is shown that the luminescence at 1.55 eV
in CdTe annealed in an oxygen-reach atmosphere can be assigned to
oxygen. It is shown that the behavior of this trap is very similar to its
analogue in ZnTe. It is shown also that the model for iron diffusion in
CdTe, where iron occupies pure substitutional sites, is oversimplified and
more work in this area is clearly needed to take full advantage of the
properties of this dopant in CdTe. The optical bands at 1.4 eV are studied
as function of excitation power and temperature in the sixth chapter.
In the seventh chapter it is reported the behavior of the CdTe surface
studied by micro-Raman. It is shown that the visible radiation leads to the
aggregation of Te on the irradiated surface. It is shown also that the power
density and local temperature on the irradiated surface are directly
connected with the intensity of Te modes and the increase of excitation
power and exposure time accelerates the process.
The chapter eight is dedicated to the study of CdTe layers of the thickness
range from 0.7 to 25 ?m grown on GaAs substrates by MOCVD. The
crystal quality, the growth dopants, the layer relaxation are studied by
photoluminescence and reflection as a function of growth parameters
namely sample thickness and the results compared with data obtained by
double crystal x-ray diffraction (DCXRD).
Optical properties of CdTe and CdTe/GaAs in the far IR are studied by
transmission and reflection in the ninth chapter. The results obtained — by
the Kramers-Kronig relations — are fitted with damped harmonic oscillator
model. The longitudinal and transversal frequencies modes, the static
dielectric constant, optical dielectric constant and the Szigeti coefficient
are determined.
In the last chapter, we summarize the conclusions and present some
suggestions for future work in the field. Doutoramento em Física
