Ukrainian Journal of Physical Optics 

Volume 21, Issue 2, 2020

Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Photoluminescence spectra of polycrystalline ZnSe in different experimental geometries 

1Abbasov I., 1Musayev M., 2Huseynov J., 3Kostyrko M., 4Babayev S., 4Eyyubov G. and  5Aliyeva S.

1Azerbaijan State Oil and Industry University, 20 Azadlig Street, 1010 Baku, Azerbaijan
2Azerbaijan State Pedagogical University, 68 Uzeyir Hajibeyli Street, 1000 Baku,   Azerbaijan
3O.G.Vlokh Institute of Physical Optics, 23 Dragomanov Street, 79005 Lviv, Ukraine
4Institute of Physics of the NAS of Azerbaijan, 33 Huseyn Javid Avenue, 1141 Baku,   Azerbaijan 
5Baku State University, Nanotechnology Center, 23 Zahid Khalilov Street, 1148 Baku,   Azerbaijan

Download this article

Abstract. We study the photoluminescence in polycrystalline ZnSe synthesized using a chemical vapour-deposition technique, which arises from excitation by the sources of different types and wavelengths. Two experimental geometries are used, which are related to the normal incidence of exciting radiation upon either polished or unpolished ZnSe surfaces. The excitation from the polished surface is carried out by the lasers with the wavelengths λex = 335 and 325nm (i.e., the photon energies higher than the bandgap, hvex > Eg), semiconductor lasers with λex = 532, 642 and 785 nm (i.e., λex < Eg) and a xenon lamp. The sample is also excited from the unpolished surface, using the lasers with λex = 325nm (hvex > Eg) and λex = 532nm (hvex < Eg), as well as the semiconductor laser with λex = 532nm (hvex < Eg). Following from our experimental results, we analyze and compare the edge (exciton) luminescence and the impurity-defect luminescence. Different behaviours of the luminescence spectra are observed, which depend on the type of excitation.

Keywords: polycrystalline zinc selenide, chemical vapour deposition-grown ZnSe, edge (exciton) and impurity-defect luminescence, photoluminescence spectra

UDC: 535.37
Ukr. J. Phys. Opt. 21 103-114
doi: 10.3116/16091833/21/2/103/2020
Received: 10.03.2020

Анотація.  Вивчено фотолюмінесценцію полікристалічного ZnSe, синтезованого за допомогою методу хімічного висадження з парової фази, яка виникає внаслідок збудження джерелами різних типів з різними довжинами хвиль. Використано дві експериментальні геометрії, пов’язані з нормальним падінням випромінювання збудження на поліровану або неполіровану поверхні ZnSe. Збудження з боку полірованої поверхні здійснювали лазерами з довжинами хвиль λex= 335 і 325нм (з енергіями фотона, які перевищують ширину забороненої зони, тобто hvex > Eg), напівпровідниковими лазерами з λex= 532, 642 і 785 нм (тобто, hvex<Eg) і ксеноновою лампою. Зразок також збуджували з боку неполірованої поверхні, використовуючи лазери з λex=325нм (hvex>Eg) і λex=532нм (hvex< Eg), а також напівпровідниковий лазер з λex=532нм (hvex< Eg). На основі результатів експериментів проаналізовано та порівняно крайову (екситонну) люмінесценцію та люмінесценцію, пов’язану з домішковими дефектами. Виявлено різні типи поведінки спектрів люмінесценції, які залежать від типів збудження.

REFERENCES
  1. Georgobiani A N, Kotlyarevsky M B, 1985. Problems of creation of injection LEDs based on wide bandgap semiconductor compounds. Izv. AN USSR. Ser. Phizika, 49: 1916-1922.
  2. Il'chuk G A , Rud' V Yu , Rud' Yu V, Bekimbetov R N , Ivanov-Omskiy V I , Ukrainets N A, 2000. Photosensitivity of structures based on ZnSe single crystals. Semiconductors, 34: 781-785. doi:10.1134/1.1188072
  3. Berezhnoi K V, Nasibov A S, Shapkin P V, ShpakV G, Shunqylov S A,Yalandin M I, 2008. Emission of zinc selenide plates excited by a pulsed electric field. Quantum Electronics, 38: 829-832. doi:10.1070/QE2008v038n09ABEH013814
  4. Edgar Mosquera, Nicolás Carvajalb, Mauricio Morelb and Carlos Marín, 2017. Fabrication of ZnSe nanoparticles: Structural, optical and Raman Studies, Journal of Luminescence, 192: 814-817. doi:10.1016/j.jlumin.2017.08.017
  5. Billie L Abrams and Paul H Holloway, 2004. Role of the surface in luminescent processes. Chem. Rev., 104: 5783-5802. doi:10.1021/cr020351r
  6. Manhas M, Vinay Kumar, Ntwaeaborwa O M, and Swart H C, 2016. Structural, surface and luminescence properties of Ca3B2O6:Dy3+ phosphors. Ceramics International. 42: 5743-5753. doi:10.1016/j.ceramint.2015.12.107
  7. Devyatykh G G, Gavrishchuk Ye M and Dadanov A Yu, 1990. Study of the kinetics of zinc selenide chemical deposition from the gas phase in a horizontal flow reactor. High-Purity Substances, 2: 174-179.
  8. Hartman H, Hildisch L, Krause E and Mohling W, 1991. Morphological stability and crystal structure of CVD grown zinc selenide. J. Mater. Sci. 26: 4917-4923. doi:10.1007/BF00549871
  9. Nedeoglo D D and Simashkevich A V. Electric and luminescent properties of zinc selenide. Kishinyov: Shtiintsa (1984).
  10. Gavrilenko V I, Grekhov A M, Korbutyak D V, Litovchenko V G. Optical properties of semiconductors: handbook. Kiyev: Naukova dumka (1987).
  11. Vaksman Yu F, Nitsuk Yu A, Yatsun V V, Nasibov A S, Shapkin P V, 2011. Effect of iron impurities on the photoluminescence and photoconductivity of ZnSe crystals in the visible spectral region. Semiconductors, 45: 1129-1132. doi:10.1134/S1063782611090235
  12. Gladilin A A , Il'ichev N N, Kalinushkin V P, Studenikin M I, Uvarov O V, Chapnin V A, Tumorin V V i Novikov G G. 2019. Study of the Effect of Doping with Iron on the Luminescence of Zinc-Selenide Single Crystals. Semiconductors, 53: 1-8. doi:10.1134/S106378261901007X
  13. Qi Zhang, Huiqiao Li, Ying Ma and Tianyou Zhai, 2016. ZnSe nanostructures: synthesis, properties and applications. Prog. Mat. Science, 83: 472-535. doi:10.1016/j.pmatsci.2016.07.005
  14. Makhniy V P, Kinzerskaya O V, Senko I M and Slotov A M, 2016. High temperature luminescence of ZnSe:Yb crystals. Technology and design in electronic equipment, 2-3: 37-40. doi:10.15222/TKEA2016.2-3.37
  15. Chan K K, Mozhevitina Ye N, Khomyakov A V, Kobeleva S P i Avetisov I Kh, 2013. Nonstoichiometry and luminescence of crystalline ZnSe. Advances in chemistry and chemical technology. 27: 64-69.
  16. Morozova N K, Mideros D A , Gavrishchuk E M, Galstyan V G, 2008. Role of background O and Cu impurities in the optics of ZnSe crystals in the context of the band anticrossing model. Semiconductors. 42: 131-136. doi:10.1134/S1063782608020024
  17. Morozova N K, Karetnikov I A, Blinov V V, Gavrishchuk E M, 2001. Studies of the infrared luminescence of ZnSe doped with copper and oxygen. Semiconductors. 35: 512 -515. doi:10.1134/1.1371612
  18. Vil'chinskaya S S, Oleshko V I , Gorina S G, 2011. Low-temperature luminescence of zinc selenide crystals grown by various methods. Izv. vuzov. Ser. Physics. 54: 138-142.
  19. Grivul V I, Makhniy V P, Slyotov M M, 2007. The origin of edge luminescence in diffusion ZnSe:Sn layers. Semiconductors. 41: 784-785. doi:10.1134/S1063782607070020
  20. Saxena A, Yang S, Philipose U and Ruda H E, 2008. Excitonic and pair-related photoluminescence in ZnSe nanowires. J. Appl. Phys. 103: 053109 (1-7). doi:10.1063/1.2885729
  21. Degoda V Y, Sofiyenko A O, 2010. Specific features of the luminescence and conductivity of zinc selenide on exposure to X-ray and optical excitation. Semiconductors. 44: 568-574. doi:10.1134/S1063782610050040
  22. Degoda V Ya, Pavlova N Yu, Podust G P , Sofiienko A O, 2015. Spectral structure of the X-ray stimulated phosphorescence of monocrystalline ZnSe. Physica B: Condensed Matter. 465: 1-6. doi:10.1016/j.physb.2015.02.021
  23. Alizadeh M, Degoda V Ya, Kozhushko B V, Pavlov N Yu, 2017. Luminescence of dipole-centers in ZnSe crystals. Functional Materials. 24: 206-211. doi:10.15407/fm24.02.206
  24. Triboulet R and Siffert P. CdTe and related compounds; physics, defects, hetero- and nanostructures, crystal growth surfaces and applications. Oxford: Elsevier (2010).
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics