Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 12, Numéro 2, février 1977
Page(s) 219 - 227
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01977001202021900
Rev. Phys. Appl. (Paris) 12, 219-227 (1977)
DOI: 10.1051/rphysap:01977001202021900

Cathodoluminescence studies of the 1.4 eV bands in CdTe

C.B. Norris et C.E. Barnes

Sandia Laboratories, Albuquerque, New Mexico 87115, U. S. A.


Abstract
Using cathodoluminescence at 80 K, we have studied the 1.4 eV luminescence bands in nominally undoped, nominally stoichiometric CdTe and in donor-compensated, Te-rich CdTe. The present work represents the first combined measurements of injection level dependence, transition response and thermal quenching for these materials. We find that the 1.4 eV luminescence has the following characteristics : 1) the band shape and peak position are independent of injection level, except for those samples having overlapping bands, 2) the transition is slow, with characteristic times on the order of 1-5E-6 s, 3) the transition response time is approximately constant over three orders of magnitude in doping level, 4) the luminescence intensity increases with donor doping level, and 5) the luminescence shows thermal quenching with a relatively large activation energy. This combination of characteristics is not explicable in terms of well-understood transition mechanisms. While the results of our individual measurements are similar to results from corresponding measurements in the literature, it is clear from the present work that the contradictory conclusions of previous investigators regarding the nature of the 1.4 eV transitions in CdTe arose from the fact that this transition is of a more complex nature than generally appreciated rather than from the appearance of different types of transitions in different CdTe samples.


Résumé
On a effectué des mesures de luminescence dans la bande voisine de 1,4 eV par cathodoluminescence à 80 K, sur divers types de cristaux de tellurure de cadmium : purs, stoechiométriques, compensés par un donneur sous excès de tellure. Ce travail constitue la première approche tenant compte à la fois de l'influence du niveau d'injection, de la réponse transitoire et de la coupure sous l'effet de la température. Nous avons établi que cette bande de luminescence possède les caractéristiques suivantes : la forme de la bande et la position du pic sont indépendants du niveau d'injection tant que les bandes ne se chevauchent pas ; la transition est lente avec des constantes de temps de l'ordre de 1 à 5 μs ; ce temps de transition est indépendant du niveau de dopage lorsque celui-ci varie de trois ordres de grandeur ; l'intensité de la luminescence croît avec la concentration en donneurs ; la luminescence présente un phénomène de coupure avec la température avec une énergie d'activation relativement importante. L'ensemble de ces résultats ne peut-être expliqué à l'aide des mécanismes de transitions classiques, qui sont bien établis. Comme chacun de ces résultats est en accord avec certaines données de la littérature, nous devons supposer que cette transition est plus complexe que ce qui était supposé jusqu'ici, plutôt que de considérer l'existence de plusieurs transitions dans les divers matériaux.

PACS
7860H - Cathodoluminescence, ionoluminescence condensed matter.

Key words
cadmium compounds -- II VI semiconductors -- luminescence of inorganic solids -- radiation quenching -- spectral line breadth -- cathodoluminescence -- 1.4 eV luminescence bands -- injection level dependence -- band shape -- transition response time -- thermal quenching -- CdTe -- donor compensated -- 80K -- II VI semiconductor