Band gap energy in Zn-rich Zn_1-xCd_xTe thin films grown by r.f. sputtering

M. Becerril*, H. Silva-López and O. Zelaya-Angel

Departamento de Física, Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN, Apartado Postal 14-740, México 07360 D.F.

Recibido el 25 de noviembre de 2004. ]]> Aceptado el 9 de julio de 2004.

Abstract

Ternary Zn_1-xCd_xTe semiconducting thin films were grown on 7059 Corning glass substrates at room temperature by co-sputtering from a ZnTe-Cd target. The visible Cd-area onto ZnTe target was varied to cover 0% - 4% of the total area. The optical and structural properties of the films were analysed as a function of the Cd concentration (x) on the layers. The sharp diffraction lines indicate mainly the ZnTe in cubic phase. When the cadmium was incorporated into the ZnTe lattice, the band gap energy (E_g) decreased from 2.2748 eV (x=0) to 2.2226 eV (x= 0.081). We found a linear relationship between E_g and (x) in the interval of (x) studied, that predicts a value of the bowing parameter b in the E_g (x) = E_go + ax + bx² relationship, which coincides with the value of b calculated by making the same study for Cd-rich CdZnTe. This result becomes interesting given the large number of values reported for b and a for E_g(x) of this ternary material.

Keywords: II-VI semiconductors; thin films; ZnCdTe; radio frequency sputtering.

Resumen

Películas semiconductoras de Zn_1-xCd_xTe fueron crecidas por la técnica de co-erosión catódica de radio frecuencia sobre substratos de vidrio Corning 7059 a temperatura ambiente a partir de un blanco de ZnTe-Cd. Pequeñas laminillas de Cd fueron colocadas sobre la superficie del blanco cubriendo un área del 0% - 4%. Las propiedades ópticas y estructurales de las películas fueron analizadas en función de la concentración de Cd (x). El patrón de difracción de rayos-X nos indica preferentemente la fase cúbica del ZnTe. Cuando el cadmio es incorporado dentro de la red del ZnTe, la brecha de energía (E_g) decrece desde 2.2748 eV (x = 0) hasta 2.2226 eV (x = 0.081). A partir de los datos obtenidos se encuentra una relación lineal E_g vs (x) en el intervalo de (x) estudiado, el cual predice un parámetro de curvatura b en la relación E_g(x) = E_g0 + ax + bx², que coincide con el valor de b calculado para el mismo estudio en las películas de Zn_1-xCd_xTe. Este resultado es interesante dado el gran número de valores reportados para b y a de E_g para este material ternario.

Descriptores: Semiconductores II-VI; películas delgadas; ZnCdTe; erosión catódica.

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References

* Corresponding author: P(52)50613800x 6189, F(52)57477097; e-mail: becerril@fis.cinvestav.mx

1. J. Steiniger, A.J. Strauss, and R.F. Brebrick, J. Electrochem. Soc. 117 (1970) 1305.         [ Links ]

2. J.J. Kennedy, P.M. Amirtharaj, and P.R. Boyd, Journal of Crystal Growth 86 (1988) 93.         [ Links ]

3. V. Wittwer, K. Heidler, A. Zastrow, and A. Goetzberger, in Proceedings of the 14^th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (IEEE, New York, 1980) p. 760.         [ Links ]

4. M.G. Peters, A.L. Fahrenbruch, and R.H. Bube, J. Vac. Sci. Technol. A 6 (1988) 3098.         [ Links ]

5. W. Grieshaber, J. Cibert, J.A. Gaj, Y.M. D' Aubigné, and A. Wasiela, Phys. Rev. B 50 (1994) 2011.         [ Links ]

6. T. J. Llyon, J. A. Roth, O. K. Wu, S. M. Johnson, and C. A. Cockrum, Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 818.         [ Links ]

7. A. Sher, A.B. Chen, W.E. Spicer, and C.K. Shin, J. Vacuum Sci. Technol. A 3 (1985) 105.         [ Links ]

8. S.B. Qadri, E.F. Skelton, W. Webb, and J.J. Kennedy, Appl. Phys. Lett. 46 (1985) 257.         [ Links ]

9. M. Becerril, O. Zelaya-Angel, R. Fragoso-Soriano, and L. Tirado-Mejia, Rev. Mex. Fis. 50 S1 (2004) 29.         [ Links ]

10. O. Zelaya-Angel, M. Becerril, J.G. Mendoza-Alvarez, L. Tirado, and H. Navarro-Contreras, J. Appl. Phys. 95 (2004) 6284.         [ Links ]

11. A. Picos-Vega, M. Becerril, O. Zelaya-Angel, R. Ramírez-Bon, and F.J. Espinoza-Beltrán, J. Appl. Phys. 83 (1988) 760.         [ Links ]

12. From ASTM x-ray powder data file, card No. 15-770. Also, B. Segal, M.R. Lorenz and R.E. Halsted, Phys. Rev. 129 (1963) 2471.         [ Links ]

13. W.L. Roth, in Physics and Chemistry of II-VI Compounds, edited by M. Aven and J.S. Prener (North-Holland, Amsterdam, 1967).         [ Links ]

14. A. Picos-Vega, H. Arizpe-Chávez, O. Zelaya-Angel, R. Ramírez-Bon, and F.J. Espinoza-Beltrán, J. Appl. Phys 89 (2001) 6073.         [ Links ]

15. B.G. Potter Jr and J.H. Simmons, Phys. Rev. B 37 (1988) 10838.         [ Links ]

16. R. Ramírez-Bon, F.J. Espinoza-Beltrán, H. Arizpe-Chávez, O. Zelaya-Angel, and F. Sánchez-Sinencio, J. Appl. Phys. 77 (1995) 5461.         [ Links ]

17. A. Picos-Vega et al., J. Appl. Phys. 83 (1998) 760.         [ Links ]