Динамика решетки, оптические и электрофизические свойства четверных полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-x-yZnyTe тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ
|
Флоренцев, Антон Андреевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.10
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Флоренцев Антон Андреевич
ДИНАМИКА РЕШЕТКИ, ОПТИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕТВЕРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ С<Шё1 , /пДе
01 04 10 - Физика полупроводников
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
ООЗ15В81Т
Москва-2007
003158817
Работа выполнена в Государственном Технологическом университете "Московский институт стали и сплавов" (МИСиС) и в Государственном научно-исследовательском и проектном институте редкометаллической промышленности "ГИРЕДМЕТ"
Научный руководитель
доктор физико-математических наук Белогорохов Александр Иванович
Официальные оппоненты
доктор физико-математических наук, профессор Хохлов Дмитрий Ремович
кандидат физико-математических наук Юрчук Сергей Юрьевич
Ведущая организация Государственное научное учреждение
«Институт химических проблем микроэлектроники» (ИХПМ)
Защита состоится «01» ноября 2007 г в 17 30 часов на заседании диссертационного совета Д 212 132 06 при Государственном Технологическом университете "Московский институт стали и сплавов" (МИСиС) 119049, г Москва, Крымский вал, д 3, ауд 421
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС
Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с подписью составителя, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета 119049, г Москва, Ленинский проспект, д 4, МИСиС
Автореферат разослан » _ (Р^ 2007 г
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор
В В Гераськин
Общая характеристика работы Актуальность темы Полупроводниковые твердые растворы Сс1х1^1-х-уЕПуТе привлекают к себе внимание как перспективные материалы для производства на их основе фотоприемных устройств, работающих в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, включая 3-5 мкм и 8-12 мкм - так называемых «окнах прозрачности» атмосферы Для этого необходимо решить проблему выращивания гетероструктур С4хЩ1-х-угпуТе/С<11-х2пхТе с заданной шириной запрещенной зоны и с улучшенными структурными свойствами В настоящее время для этих нужд в основном используются твердые растворы С<1х1^1_хТе, на основе которых созданы приборы высокого качества Тем не менее, существует ряд проблем, связанных с нестабильностью свойств этого материала, обусловленной неконтролируемым частичным перераспределением дефектов решетки и ионов ртути в объеме, особенно в приповерхностной области, этого полупроводника Постоянное совершенствование технологии получения СсУ^]_хТе. направленное на улучшение структурных свойств материала, а также разработка новых конструкций ИК-фотоприемников позволило в большинстве случаев избавиться от этого недостатка Вместе с тем, идет постоянный поиск новых подходов к решению данной проблемы Введение четвертого компонента в тройной твердый раствор СУхНд^Те иногда позволяет продвинуться в этом направлении Введение Мп, Ъ\\ или ве в С^Нё^Те понижает нестабильность е! о кристаллической решетки Так, например, добавление цинка приводит к упрочнению связей в твердом растворе, что влечет за собой улучшение его механических свойств и положительно сказывается на стабильности рабочих характеристик ИК- детекторов В то же время, введение еще одного компонента приводит к необходимости решать проблему точного определения состава (х,у) Сс1хЕ^1-х^ПуТе Исследование физико-химических свойств таких твердых растворов вызывает огромный научный интерес
Следует иметь в виду, что многокомпонентные изовалентные полупроводниковые твердые растворы в целом ряде случаев не являются случайными сплавами В них может наблюдаться коррелированное заполнение узлов подрешеток Для того чтобы иметь возможность адекватно оценивать степень влияния эффектов упорядочения на процесс формирования твердых растворов Сёх1%1-х у7,пуТе, необходимо детально теоретически и экспериментально исследовать динамику их решетки, оптические и электрофизические свойства К настоящему времени достаточно большое количество публикаций посвящено исследованиям колебаний кристаллической решетки двухкомпонентных полупроводников и лишь ограниченное их количество - четырехкомпонентным, в частности, твердым растворам группы АгВй В случае (МхЩ1-х^пуТе подобные сведения отсутствуют В настоящее время не исследованы оптические свойства четверных твердых растворов Сс1хНц 1-х-у2пуТе
в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра, фонтанные колебания в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн, недостаточно изучены структурные и электрофизические свойства указанных полупроводников, а также механизмы поглощения квантов света в области края основного поглощения Результаты данных исследований имеют высокую значимость для получения фундаментальных знаний в области физики полупроводниковых многокомпонентных твердых растворов
Настоящая работа являлась частью исследований, проводимых в соответствии с координационным планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП «Гиредмет» по темам. «Разработка базовых технологий изготовления житакси-альных полупроводниковых структур теллурида кадмия — ртути для производства крупноформатных матричных фотоприемников», шифр «Гепард»(2004), «Разработка опытно-промышленной технологии изготовления эпитаксиалъных структур CdJIgJ.J'e для производства многоэлементных фотоприемников», шифр "Ягуар"(2005год)
Цель работы
Цель заключалась в разработке физико-химических основ получения и управления свойствами четверных полупроводниковых твердых растворов Сс1хИ^1_х_угпуТе - перспективных материалов для нужд ИК- оптоэлекгроники путем выполнения фундаментальных теоретических расчетов и математического моделирования динамики решетки, оптических свойств в "УФ и ИК диапазонах длин волн, электрофизических свойств, а также в комплексной экспериментальной проверке результатов теоретических расчетов
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие конкретные
задачи
- исследовать спектральные зависимости комбинированной плотности состояний в области сингулярностей Ван Хова для твердых растворов С(У^1-х-з2пуТе,
- изучить особенности и закономерности динамики кристаллической решетки полупроводниковых твердых растворов СсУ^.х^ПуТе при изменении их состава,
- исследовать влияние эффектов структурного упорядочения на изменение фонон-ных колебаний в многокомпонентных полупроводниковых твердых растворах,
- синтезировать и провести комплексные исследования оптических и электрофизических свойств четверных твердых растворов Сёх1^Ьх.угпуТе,
- провести расчет значений частот основных оптических фононов СйхН$1.х у2пуТе во всем диапазоне составов и сравнить их с экспериментальными результатами, полученными с помощью метода инфракрасной Фурье-спекгроскопии,
- получить зависимость значений ширины запрещенной зоны (Ег) от состава четверного твердого раствора СсУ^-хyZцyTe
Научная новизна
1 Впервые найдены соотношения, позволяющие по положению особых точек Ео и Е1 в оптических спектрах в видимом и УФ диапазонах длин волн оценивать состав хну твердого раствора С(1хНд1-х^пуТе Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов в области составов Сс1х1^1_х„угпуТе (0 09 < х < 0 22, 0 02<у<0 17)
2 Установлены закономерности изменения экспериментальных оптических спектров в области фононных колебаний твердых растворов Сс1хЩ1_х-э2,пуТе Проведен детальный анализ экспериментальных спектральных зависимостей коэффициента отражения Сс^Д'ьл.^ПуТе в дальней инфракрасной области длин волн с применением комплексного подхода, включающего в себя соотношения Крамерса-Кронига, дисперсионный анализ и генетический алгоритм
3 Впервые рассчитаны значения частот основных фононных мод четверного полупроводникового твердого раствора СёхЩ1-х_у2пуТе в рамках модели однородных ячеечных смещений
4 Выявлена природа появления дополнительных мод колебаний в оптических спектрах твердых растворов С<уН^1_х_у2пуТе Показано, что их присутствие не связано с проявлением корреляционных эффектов гина дальнодействующего упорядочения Дополнительные решеточные колебания, частоты которых в плотности фононных состояний располагаются ниже по энергии, чем мода ЩТе, обязаны своим появлением дефектам кристаллической решетки твердого раствора СсУ^1-х.у2пуТе
5 Показано, что введение цинка в тройной раствор СсЦ^-хТе позволяет с большей точностью контролировать положение края основного поглощения в области межзонных переходов
6 Впервые проведены исследования спектральных зависимостей коэффициентов преломления и экстинкции в ультрафиолетовом диапазоне длин волн Проведено сравнение с аналогичными параметрами тройных твердых растворов СсЦ-^-хТе, С<1|-уХпуТе
Практическая значимость диссертации определяется тем, что полученные в настоящей работе результаты способствуют развитию фундаментальных знаний о физико-химических свойствах полупроводниковых твердых растворов СсУН§1-х.^пуТе Совокупность данных о структурном совершенстве кристаллической решетки, оптических константах в области ультрафиолета и в дальней инфракрасной области длин волн необходима для оптимизации параметров и разработки дизайна ИК- фотоприемных устройств и приборов, изготовленных на основе гетероструктур Сс1хН^1 х-у7,пуТе/Сё] .уЪщТс Введение цинка в тройной твердый раствор СёхН$1-хТе позволяет улучшить его прочностные харак-
теристики, что очень важно для приборов, работающих при пониженных температурах, тк необходимо обеспечить их стабильную работу при многократном термоциюшрова-нии Результаты исследований могут бьпь положены в основу разработки перспективной технологии получения материалов ИК- техники с заданными свойствами на базе четверных полупроводниковых твердых растворов CdxHgl-XyZnyTe
На защиту выносятся
1 Выбранные технологические режимы выращивания методом жндкофазной эпи-таксии (ЖФЭ) и последующего отжига эпитаксиальных слоев (ЭС) четверных полупроводниковых твердых растворов С<!хЩ1-х-угпуТе на подложках Сё^ПуТе (0 02<у<0 06) из растворов-расплавов на основе Те в запаянной кварцевой ампуле с удалением остатков раствора-расплава путем центрифугирования, позволяющие получать ЭС с заданными электрофизическими свойствами
2 Установлена зависимость положения особых точек Ео и Е1 в оптических спектрах в Вадимом и УФ диапазонах длин волн от состава х и у материала CdxHgi-x.y7.nyTe Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов в области составов СсЦ-1е, х-угпуТе (0 09 <*<0 22,0 02 <>><0 17)
3 Установлено, что значения частот основных оптических фононов четверных полупроводниковых твердых растворов СйхЩьх^ПуТе, рассчитанные в рамках модели однородных ячеечных смещений, удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами, полученными из спектров отражения в области фононного резонанса с применением комбинированного подхода, включающего в себя соотношения Крамерса-Кронига и дисперсионный анализ, а также генетический алгоритм Это свидетельствует о том, что в объеме выращенных эпитаксиальных слоев твердых растворов Сс1хЕ^1 х-у2пуТе атомы С4 Щ и ¿п располагаются по катионной подрешетке произвольно, т е не проявляются корреляционные эффекты Это подтверждается тем, что значения параметров затухания фононных колебаний равны 41-67 см"1 для продольных и 2 4 - 5 2 см*1 для поперечных оптических фононов
4 Показано, что мода решеточных колебаний, располагающаяся в РЖ спектрах отражения СМхЩ1-х-у2пуТе в области ~ 137 см"1, относится к категории локальных, а не кластерных мод, как это имело место в полупроводниковом материале Сс!х1%1-хТе В последнем случае спектральное положение кластерной моды оставалось неизменным в диапазоне составов 0 19< х < 0 48, в то время как в случае твердого раствора С<У^1-ху£%Те незначительное увеличение содержания кадмия повлекло за собой смещение указанной локальной моды на > 1 см"' в сторону больших энергий
Личный вклад автора
Личный вклад автора заключается в выборе направления исследований, формулировке и постановке цели и задач работы, разработке режимов выращивания твердых растворов CdxHgi_x_yZiiyTe, непосредственном участии в проведении экспериментов, проведении теоретических исследований, обработке и интерпретации полученных результатов, написании статей и подготовке докладов
Работы проводились в тесном взаимодействии с соавторами, которые не возражают против использования в диссертации совместно полученных результатов
Апробация работы проведена в ходе выступлений на российских и международных научных конференциях и симпозиумах, в том числе VI Российской конференции по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 2003 г X 13th Intern Workshop on room-temperature semiconductors X- and gamma- ray detectors (2003 IEEE Nuclear Science Symposium, Portland, Oregon, USA 2003), XVIII Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (г Москва, Россия, 2004 г ), 2nd Intern conf on materials science and condensed matter physics (MSCMP-2004, Chisinau, Moldova, 2004), VI Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой оп-то- и наноэлектронике (С -Петербург, Россия, 2004 г), - XI Национальной конференции по росту кристаллов (Москва, ИК РАН, Россия, 2004 г ), VII Российской конференции по физике полупроводников (Москва, Звенигород, 2005 г ) Публикации
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 3 в журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК РФ Список основных работ приведен в конце автореферата
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 177 страницах, иллюстрируется 62 рисунками, сопровождается 16 таблицами и включает в себя введение, 5 глав, выводы и список используемой литературы, включающий 174 наименования
Краткое содержание диссертации Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов
В первой главе приведены литературные данные о физико-химических свойствах бинарньщ соединений Н§Те, СёТе, ХпТе и твердых растворов Сс1хЩ1-хТе, С<11_х2пхТе, 1^1_хХпхТе Проведен критический анализ возможностей различных методов эпитаксиаль-ного выращивания материала С(1хЩ1_х-у2пуТе, присущих им достоинств и недостатков Представлена зонная структура тройных полупроводниковых твердых растворов Сс1х1%_хТе, Са^гпДе и Ня1.х2пхТе
В данной главе подробно рассмотрены особенности метода ЖФЭ как наиболее перспективного для выращивания ЭС Сс1хЩ1.х.у2пуТе Особое внимание уделено вопросам поддержания стабильности состава жидкой фазы и удаления остатков раствора-расплава с поверхности выращенных ЭС при использовании различных вариантов метода ЖФЭ
Проведен подробный анализ литературных данных, касающихся исследований вибрационных свойств многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов экспериментальными методами комбинационного рассеяния света и инфракрасной спектроскопии Обсуждаются теоретические модели, разработанные к настоящему времени, для интерпретации имеющихся данных
Рассмотрены современные теоретические и экспериментальны подходы к проведению исследований динамики решетки полупроводниковых твердых растворов Показано, какие изменения претерпевают основные решеточные колебания полупроводника, если в его объеме реализуются различные варианты атомного упорядочения
В выводах к главе приводится постановка задач, которые необходимо было решить для достижения целей работы
Во второй главе дано описание установки, режимов выращивания эпитаксиальных слоев Сс^Щьх^ПуТе и методов исследования их свойств Особое внимание уделено математическим подходам к обработке экспериментальных результатов Описывается применение комплексного подхода, включающего в себя соотношения Крамерса-Кронига и дисперсионный анализ для получения спектральных зависимостей мнимой и действительной частей диэлектрической проницаемости при проведении исследований решеточных колебаний СёхЩьх-уйПуТе В дополнение к этому использовался генетический алгоритм в задачах математического моделирования оптических спектров многокомпонентных твердых растворов в области фононных колебаний
Представлены разработанные технологические режимы выращивания методом ЖФЭ четверных полупроводниковых твердых растворов СдхЩ1-х-у£пуТе на подложках С(11-у2пу'Гс из растворов-расплавов на основе Те в запаянной кварцевой ампуле с удалением остатков раствора-расплава путем центрифугирования Выращенные слои (МхЕ^-х-у7,11уТе имели р- тип проводимости, концентрацию и подвижность носителей заряда при Г
= 300К р ~1017 см"3 и ц ~ 200-240 см2В"'с"', соответственно Проведенный послеростовой отжиг образцов в насыщенных парах ртути при температуре 360°С в течение 4-5 часов позволил уменьшить концентрацию дырок до уровня (0 9-2 0)х1016 см"3, а в некоторых случаях перевести материал СсУ^1.х.у2пуТе из р- типа в и- тип проводимости, при этом концентрация носителей заряда достигала значений и = (1-3)х1015 см"3 Подвижность носителей заряда в первом случае составляла ¡л > 500 см2В"!сво втором -и > 1 5x105 см2В"'с 1 Плотность дислокаций в эпнтаксиальных слоях не превышала значений (4-6)х104 см"2 Состав, толщину и однородность их распределения по площади ЭС контролировали по спектрам оптического пропускания, с помощью микрорентгеноспек-трального анализа и ОЖЭ- спектроскопии по сколу и по поверхности гетероструктур В качестве подложек использовались монокристаллические пластины СсП'е и Сс^^ПуТе состава у=(0,02-0,06) мольных долей ZnTe с кристаллографической ориентацией (111)В, вырезанные из кристаллов, выращенных методом Бриджмена из расплавов, по составу близких к стехиометрическому Плотность дислокаций в подложках не превышала 5x105 см малоугловые границы, двойники и включения второй фазы отсутствовали
В третьей главе обсуждаются особенности динамики решетки твердых растворов С{УН^1.ху2пуТе В начале главы излагаются результаты выполненных расчетов значений частот основных оптических фононов (МхНо1_х.у2пуТе в рамках модифицированной модели однородных ячеечных смещений, что позволило идентифицировать все основные колебания кристаллической решетки, оказывающие существенное влияние на оптические свойства данного материала в спектральной области, соответствующей однофононному резонансу В рамках этой модели предполагается, что атомы одного сорта колеблются в твердом растворе в фазе и с одинаковой амплитудой, при этом анионная подрешетка упорядочена, а по узлам катионной подрешетки хаотически распределены атомы кадмия, цинка и ртути К преимуществам этой модели можно отнести тот факт, что она не содержит подгоночных параметров, и значения межъягчеечных силовых постоянных удается оценить из дисперсионных зависимостей оптических ветвей бинарных компонентов твердого раствора Сс1хН^]-х-у7луТе
Для нахождения частот внутриячеечных колебаний были использованы следующие уравнения
Ф^~оу2+ I <^ = 0 (1)
з=\з&
ф\-ф2+ I 4 = 0 (2),
1=1,3*1
где силовые постоянные Фи характеризуют взаимодействие при относительном движении атомов в ячейках, со- частота оптических фононов, г,} — номер элементарной ячейки Совместное решение уравнений (1) и (2) позволило найти значения частот основных оптических фононов для всех комбинаций х и у Были рассчитаны значения постоянных межьячеечного взаимодействия, которые для твердого раствора С(1Х1^1-Х у2пу'!'е оказались равными (кгхс~2)
^12 = 436хЮ"2 ^¡3 = 3 76X10"' <?>23 = 3 31x10"' (021 ~ 1 81x10"'
Рз1 = 4 66* 10"1 <ръг = 3 39х 10"1
Сравнение теоретических данных е экспериментальными и с результатами проведенных расчетов для тройных соединений СёхЩьхТе и С(!у7,пьуТе показали хорошее их соответствие Для С(ЗхЩ1-х^пуТе с одновременным катионным замещением имеют место три типа внутриячеечных колебаний, характеризующихся различной концентрационной зависимостью продольно-поперечного расщепления На рисунке 1 представлены результаты расчетов для предельных сечений х-1у = 1, у иу = 0, х
200-
§180-<5
XI
Е
¡16СИ
140-
120
_
- / ТО^пТе) _____-
__. - —---
\ 1Х)(СМТе)
ТО(СсГГе)__------------
—--____ТО(С^ХГе) .......
^------~ .
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Сошровйюп, у=0,х
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 0 СотроэЛюп, х+у=1, у
Рисунок 1 — Концентрационные зависимости продольно-поперечного расщепления внутриячеечных колебаний в предельных сечениях у = 0,х (Сс1хН^1-хТе) и х+у = 1, у (Сйугт-уТе) При введении в тройной твердый раствор четвертого компонента в количестве менее 2 ат% в фононных спектрах появляются локальные примесные моды Результаты проведенного расчета позволили установить значения частот искомых колебательных мод
т%{НгТе)=т 8СМ~1, со%{(Же)=\11 Зсм'1,
Ф%(НвТе) = 145 9см~1,
0%(Сс1Ге)= 131 9см~\ ф%{1пТе)= 140 5^, ф%(ШТе)= 160 5С
Хорошее соответствие теоретических и экспериментальных данных позволило сделать вывод о том, что выращенные эпитаксиальные слои твердых растворов С(У^1_х_угпуТе имеют удовлетворительное структурное совершенство, атомы Сй, Щ и Ъа располагаются по катионной подрешетке произвольно Этот вывод подтверждается еще и тем, что значения параметров затухания фононных колебаний находятся в пределах 4 1-б 7 см"1 для продольных и 2 4 - 5 2 см"1 для поперечных оптических фононов
Имея в своем распоряжении информацию о значениях частот основных оптических фононов в Сс1хН§1_х_у2пуТе, можно понять, как должен выглядеть спектр отражения этого полупроводника в области решеточных колебаний, если корреляционные эффекты не проявляются И, наоборот, как изменятся спектральные зависимости мнимой и действительной частей диэлектрической проницаемости СсУ^.* у7,пуТе, если указанные эффекты имеют место В третьей главе уделено внимание детальному рассмотрению этого вопроса Показано, что мода оптических фононов должны смещаться в разные стороны при проявлении эффектов кластерирования и частичного упорядочения по сравнению с их спектральным положением в случае равномерного распределения компонентов в катионной подрешетке Сс1хН§1.х.у2пуТе Это позволило отнести моду решеточных колебаний, которая располагается в области волновых чисел -137 см"1 к категории локальных, а не кластерных мод, как это имело место в полупроводниковом материале С(УЕ^1_хТе [1] В последнем случае спектральное положение кластерной моды оставалось неизменным в диапазоне составов 0 09<х < 0 81, в то время как в случае твердого раствора СсУ^-х-^ПуТе незначительное увеличение содержания кадмия повлекло за собой смещение указанной локальной моды на > 1 см"1 в сторону больших энергий Дополнительные решеточные колебания, частоты которых в плотности фононных состояний располагаются ниже по энергии, чем мода 1%Те, обязаны своим появлением дефектам кристаллической решетки твердого раствора СёхБ£1-х^ПуТе
В четвертой главе приведены результаты исследований оптических свойств эпитак-сиальных структур С^^1-х-у2%Те/С<11^%Те в видимой и ультрафиолетовой частях спектра с целью наховдения зависимости спектрального положения особых точек от состава твердого раствора Сс^Н^ьх-^ПуТе Имея одно уравнение и два неизвестных (х, у), невозможно однозначно определить состав материала. Требуется привлечение дополнительных экспериментальных методов для решения данной задачи В частности, в дополнение к регистрации спектров поглощения в области межзонных переходов можно использовать регистрацию спектральных зависимостей коэффициента отражения Я(£) в видимом и УФ- диапазонах длин волн В области больших энергий фотонов в спектральных зависимостях Л(Е) наблюдаются экстремумы, которые обусловлены переходами Е1 из валентной зоны в зону проводимости в
направлении [111] (Л) зоны Бриллюэна, Ei + Д1 в том же направлении из зоны, отщепленной за счет спин-орбитального взаимодействия, Е2 — межзонные переходы и т д На рисунке 2 в качестве примера приведены экспериментальные спектральные зависимости значений показателей преломления (и) и поглощения (к) материала Cdo i&Hgo gZrio огТе
Энергия, эВ
Рисунок 2 — Зависимости п и к для (1,1')- НяТе, (2,2') - СсЛе, (3, 3') - 7,пТе, (4,
4') - Са0 иНцо.яХпо 02Те Для сравнения приведены аналогичные данные для С<1Тс, 11§Тс, ZnTe Из рисунка 2 видно, что особые точки типа Ео располагаются в области энергий фотонов 2 28 эВ для 2пТе и 1 51 эВ для СёТс Для твердого раствора СМ0 шН§о огТе подобное значение энергии должно быть равным 0 138 эВ Как правило, изменение формы спектральных зависимостей ШЕ) в области критических точек Ео+До не значительно, поэтому регистрировать их положение с высокой точностью достаточно сложно Иная картина наблюдается в случае Е1 В силу того, что она является седловой точкой, в ее окрестности имеет место существенное изменение вида функции плотности состояний, и это обусловливает хорошо выраженный рельеф ШЕ) в этой спектральной области По этой причине представлялось вполне естественным остановить свой выбор на Е1 при решении проблемы определения состава твердого раствора С<1ХН§; х.уЕпуТе
Использование полученных экспериментальных результатов позволило составить уравнение, связьюающее состав (х, у) Сс^Н^-х-уХПуТе и энергию й'13(к,(х,у) (эВ) перехода в окрестности особой точки Е(
(1-*->>)(2 138.*+О 54бхг-0 485ду+2 138^+1 519/+ 0 74^+О 74^+° 185х/)
(х=у)~-^-—э---+
(1-х)(1-у)-[х+у-$ (3)
ху(3 643-0 П5.г-0 23у)
Выражение (3) было использовано для проведения расчетов спектрального положения перехода типа Е1 в бинарных кристаллах и тройных твердых растворах, составляющих Сс1х1^1-х..у2пуТе В итоге были получены результаты, которые хорошо согласуются как с экспериментальными данными, так и с результатами, почерпнутыми из литературных источников
В этой же главе приведены результаты проведенных исследований оптических свойств ЭС С(1хН£1.х_у2пуТе (02<х<0 3, у=0), выращенных методом ЖФЭ на подложках Сс1х у2пуТе Из оптических спектров в области края основного поглощения получены значения ширины запрещенной зоны для различных значений состава материала ЭС при поэтапном уменьшении толщины слоя в результате химического травления Параллельно с этим проведены исследования изменений в дисперсионных зависимостях коэффициента отражения в области решеточных колебаний Было установлено, что имеет место характерная картина перераспределения сил осцилляторов однофононных резонансов по мере продвижения от поверхности ЭС к гетерогранице Из сравнения экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов сделан вывод о том, что в непосредственной окрестности гетерограницы ЭС-подложка в процессе роста ЭС при определенных условиях образуется тонкий слой твердого раствора С4хН§1.х.52пуТе, то есть цинк в данной области образца необходимо рассматривать не как примесь, а как один из компонентов ка-тионной подрешетки Следовательно, при рассмотрении вопроса о согласовании параметров подложки и слоя необходимо всегда принимать во внимание диффузионные процессы цинка в ЭС Подобный факт можно рассматривать как альтернативу переходному слою, формирование которого иногда необходимо для согласования параметров кристаллических решеток слоя и подложки, а также для уменьшения количества различного рода дефектов в области интерфейса и их влияния на время жизни носителей заряда в ЭС Сс1х1^1-хТе
Пятая глава содержит результаты исследований электрофизических свойств эпи-таксиальных слоев Сс1х£^1-х.у2пуТе, выращенных на подложках СсЦ^ПхТс Было обнаружено, что в отсутствие магнитного поля зависимости значений удельного сопротивления от обратной температуры р~/ (1/7*) имели для материала СУхН^1-х-у2пуТе п- типа проводимости следующий вид экспоненциальный участок при температурах выше 100К, что определяется собственной проводимостью, в области примесной проводимости при Т < 100К понижение температуры до ~ 50К вызывало падение сопротивления вследствие «вымораживания» оптических фононов, а при Т < 10К сопротивление не менялось по причине вырождения примесных носителей заряда В сильных магнитных полях сопротивление образцов монотонно увеличивалось при понижении температуры в интервале
1 4-5К При этом температурная зависимость сопротивления при 10 < Т < 60К проявляла активационный характер
р(Г)=сехр(^/АвГ) (4),
где sa = ед(Н) - зависящая от магнитного поля энергия активации Для исследованных образцов значения указанного параметра находились в пределах. 0 81-1 78 мэВ При температурах ниже 10К зависимости р{Т) не описывались с помощью выражения (4), а принадлежали к типу зависимостей с переменной энергией активации, уменьшающейся при понижении температуры
До настоящего времени в литературе обсуждаются вопросы о необычном поведении кинетических коэффициентов в кристаллах CdxHgi хТе при низких температурах К таким аномалиям относят двойную инверсию знака коэффициента Холла при изменении температуры, его сильную зависимость от магнитного поля, а также значительные величины как поперечного, так и продольного магнигосопротивления [2] Эти особенности гальва-номагнигных свойств связаны, прежде всего, с нарушениями строения кристаллической решетки, и для правильного их понимания необходимо учитывать, что электроны находятся в поле, создаваемом хаотически расположенными донорами и акцепторами Донор-ные состояния в CdxHgi_x_yZnyTe связаны с неконтролируемыми примесями, в том числе, с межузельными атомами ртути, которые могут появляться в процессе термической обработки и дальнейшего отжига материала Вследствие малости эффективной массы на дне зоны проводимости и значительной диэлектрической проницаемости Во они являются мелкими По водородоподобной модели, которая в этом случае является хорошим приближением, для энергии ионизации примеси S/ и эффективного Боровского радиуса ag получаются следующие оценки ел =1 %00 х mJmox£'oÄ° 2мэВ, ад(/1) = 0 53 х mjme х ео При mjmo - 5хЮ~3 и е0 =174 ав = 1800Ä Следовательно, условие сильного легирования NnXdß » 1 выполняется уже при ND > 2х 1014 см"3 В реальных материалах CdxHg]..x.yZnyTe концентрация примесей и дефектов выше, вследствие чего волновые функции примесных состоянии перекрываются в материале п- типа проводимости электроны делокализованы и проводимость может проявлять при низких температурах металлический характер Из температурных зависимостей коэффициента Холла исследованных образцов была определена концентрация вакансий ртути Результаты исследований легли в основу разработанных режимов отжига гетерострукгур CdxHgi-x-yZnyTe/Cdi-yZnyTe, использование которых позволило получить ЭС с концентрацией свободных носителей заряда при 77 ЗК в = (1 -3)х1015 см"3
Для изменения электрофизических параметров ЭС CdxHgi-x. yZnyTe проводился их низкотемпературный отжиг в парах летучего компонента (в данном случае в парах Hg) В
ходе процесса установка сначала в течение 2 часов выводилась на рабочий режим (370°С), затем образцы выдерживались при этой температуре 4-5 часов По окончании процесса производилась закалка образцов для того, чтобы предотвратить образование вакансий ртути во время медленного охлаждения ампулы с образцами
В ОАО "МЗ "Сапфир" на основе ЭС Сс!хН§1.х.угпуТе п- типа проводимости были изготовлены фотоприемные устройства, основные характеристики которых сравнимы с характеристиками модульных фотоприемников на основе Сс1х1^1 хТе Обнаружительная способность достигала значений Ю10 Вт"'Гцюсм при вольтваттной чувствительности Бц ыж > 7х104 ВхВт1, что подтверждает перспективность использования материала С(1хЩ1-х-у7,ПуТе при производстве многоэлементных фотоприемных устройств
Выводы
1 Исследованы оптические свойства четверного полупроводникового твердого раствора СсЦ^1_х_^пуТе в УФ- и видимой областях спектра Найдены соотношения, позволяющие по положению особых точек Ео и Е1 в оптических спектрах оценивать состав хиу данного материала во всем диапазоне составов Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов для Сс1хН§1-х-у2пуТе 0 09<х<022, О 02<у<0 17 Измерены спектры показателя преломления образцов Сс1х1^1-ху7,пуТе в ультрафиолетовой области спектра.
2 Выполнены расчеты значений частот основных оптических фононов С<1хЩ1_х_угпуТе в рамках модели однородных ячеечных смещений, что позволило идентифицировать все основные колебания кристаллической решетки, оказывающие существенное влияние на оптические свойства данного материала в спектральной области, соответствующей однофононному резонансу
3 Исследованы оптические свойства полупроводникового твердого раствора СсЦ^1-х-^ПуТе в инфракрасном диапазоне длин волн Проведено сравнение теоретических и экспериментальных спектральных зависимостей диэлектрической функции твердого раствора СёхЩь^ПуТе разного состава при температурах 295 и 78К, получено их хорошее совпадение Дополнительные решеточные колебания, частоты которых в плотности фононных состояний располагаются ниже по энергии, чем мода Н$Те, обязаны своим появлением дефектам кристаллической решетки твердого раствора СсУ^].х у2пуТе
4 Теоретически исследовано влияние эффектов структурного упорядочения на изменение фононных колебаний в многокомпонентных полупроводниковых твердых растворах Сс1хН§].х.у7пуТе Результаты проведенных расчетов позволили выявить основную причину появления дополнительной моды колебаний в спектральной плотности фононных состояний полупроводникового твердого раствора ОЦ^-ху^Те Установлено, что мода решеточных колебаний, которая располагается в области волновых чисел -137 см"1 относится к категории локальных, а не кластерных мод
5 Установлено, что в эпитаксиальных слоях CdxHgi-x-yZnyTe (0 09<х<0 22,
0 02<у<0 17), выращенных на подложках CdyZni.yTe (0 02<у<0 06) методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле с удалением раствора-расплава путем центрифугирования, распределение основных компонентов твердого раствора по глубине эпитакси-ального слоя на расстоянии 3-4 мкм от гетерограницы постоянно, что подтверждается результатами масс-спектрометрических методов анализа
6 Исследованы оптические свойства эпитаксиальных слоев CdxHgi-x-yZnyTe (0.2<х<0 3, у=0), выращенных методом жидкофазной эпитаксии на подложках Cdi-jZ%Te Проведены исследования изменений в дисперсионных зависимостях коэффициента отражения в области решеточных колебаний Установлено, что имеет место характерная картина перераспределения сил осцилляторов однофононных резонансов по мере продвижения от поверхности ЭС к гетерогранице Из сравнения экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов сделан вывод о том, что в непосредственной окрестности гетерограницы ЭС-подложка в процессе роста ЭС при определенных условиях образуется тонкий слой твердого раствора CdxHgi_x.yZnyTe, то есть цинк в данной области образца необходимо рассматривать не как примесь, а как один из компонентов катионной подрешетки Следовательно, при рассмотрении вопроса о согласовании параметров подложки и слоя необходимо принимать во внимание диффузию цинка в ЭС
7 Проведены исследовании электрофизических свойств ЭС твердых растворов CdxHgi-xyZnjrTe (0 09<х<0 22, 0 02<у<0 17) в температурном интервале (4 2-300)К методом эффекта Холла Результаты исследований легли в основу разработанных режимов отжига гетерострукгур CdxHgi-x-yZnyTe/Cdi-yZnyTe, использование которых позволило получить ЭС с концентрацией свободных носителей заряда при 77 ЗК п = (1 - 3)х1015 см"3, что необходимо для изготовления инфракрасных фотоприемников, имеющих обнаружительную способность D*~ 1010 Вт~Тц10см при вольтватной чувствительности Suimax > 7>-10'1 В*Вт"'
Основные публикации по теме диссертации
1 А И Белогорохов, Л И Белогорохова, И А Денисов, Н А Смирнова, С П Кобелева, А А Флоренцев, Исследование методами инфракрасной и фотоэлектронной спектроскопии эпитаксиальных структур р- CdxHgi-xTe/CdZnTe, Материалы электронной техники, 2,43-49 (2003)
2 AI Belogorokhov, N A Smimova, IA Denisov, A A Florensev, Study and numerical simulation of surface morphology and composition homogeneity of CdxHgi.xTe/CdZnTe epitaxial structures, Mat 13th Intern Workshop on room-temperature semiconductors X- and gamma- ray detectors (2003 IEEE Nuclear Science Symposium), Portland, Oregon, USA, October 19-25,2003, p R8-21
3 AI Belogorokhov, A A Florensev, IA Demsov, N A Smimova, L I Belogorokhova, Optical properties of Cdi_xZnxTe single crystals (0<*<0 1) m the infrared spectral region, Mat 13th Intern Workshop on room-temperature semiconductors X- and gamma- ray detectors (2003 IEEE Nuclear Science Symposium), Portland, Oregon, USA, October 19-25, 2003, p R8-23
4 НА Смирнова, А И Белогорохов, И А Денисов, А А Флоренцев, T Г Югова, Исследование структурного совершенства эпитаксиальных слоев гетерострукгур CdHgTe/CdZnTe, Тезисы докладов VI Российской конф по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003 г, Вт-2 11с
5 Белогорохов А И, Денисов И А, Смирнова Н А, Флоренцев А А, Н В Пашкова, Исследование характера изменения решеточных колебаний в зависимости от пространственного распределения цинка по глубине эпитаксиальных слоев Cd^Hgi-xTe, выращенных на подложках Cdi-yZnyTe, Тезисы докладов XVIII Международной конф По фотоэлектронике и приборам ночного видения, 25-28 мая 2004 г, Москва, Россия, с 177-178
6 Денисов ИА, Смирнова Н А, Белогорохов А И, Флоренцев А А, Шматов Н И, Проплат Ю Н, Ларина Г В , Базарова JIН, Исследование свойств эпитаксиальных слоев CdHgTe, выращенных методом ЖФЭ, и характеристик регистрирующих ИК-модулей на их основе, Тезисы докладов XVIII Международной конф По фотоэлектронике и приборам ночного видения, 25-28 мая 2004 г, Москва, Россия, с 80
7 AI Belogorokhov, A A Florentsev, Far-Infrared reflectivity study of lattice vibrations of CdHgZnTe epitaxial layers grown on CdZnTe substrates, Book of abstracts of the 2nd Intern Conf on Materials Science and Condenced Matter Physics (MSCMP-2004), Chismau, Moldova, September 21-25, 2004, p 191
8 А И Белогорохов, А А Флоренцев, И А Белогорохов, А В Елютин, Оптические и вибрационные свойства твердых растворов CdxHgi-x-yZnyTe, Тезисы докладов VI всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, 6-10 декабря 2004 г, с 12
9 А И Белогорохов, А А Флоренцев, Динамика решетки твердых растворов CdxHgi-x-yZnyTe, Тезисы доклада на XI национальной конференции по росту кристаллов, Москва, ИК РАН, декабрь 2004 г, с 150
10 А И Белогорохов, И А Денисов, Н А Смирнова, А А Флоренцев, Н В Пашкова, Исследование характера изменения решеточных колебаний в зависимости от пространственного распределения цинка по глубине эпитаксиальных слоев CdxHgi_xTe, выращенных на подложках Cdi_yZnyTe, Прикладная физика 3,78-83 (2005)
11 AI Belogorokhov, IA Demsov, NA Smirnova, A A Florentsev, and N V Pashkova, Study of nature of lattice vibration vanations depending on a spatial distribution of zinc over the depth of CdxHgi-xTe epitaxial layers grown on Cdi-yZnyTe substrates, SPIE 5834, 274-281(2005)
12 А И Белогорохов, А А Флоренцев, JIИ Белм орохова, А В Елютин, Динамика решетки твердых растворов CdxHgi.x.yZDyTe, Тезисы докладов VII Российской конференции по физике полупроводников, Москва, Звенигород, 18-23 сентября 2005 г, с 128
13 А И Белогорохов, А А Флоренцев, И А Белогорохов, H В Пашкова, А В Елютин Ширина запрещенной зоны и оптические свойства твердых растворов CdxHgi-xyZnyTe в ультрафиолетовой и видимой области спектра, ФТП 40 (3), 281-286 (2006)
14 А И Белогорохов, А А Флоренцев, И А Белогорохов, А В Елютан Оптические и вибрационные свойства твердых растворов CdxHgi_x.yZ%Te, ФТТ 48(4), 597-606 (2006)
Цитируемая литература
1 S Р Kozyrev, L К Vodopyanov, R Tnboulet Sol St Commun 45, 383 (1983)
2 Елизаров А И, Иванов-Омский В И, Корнияш А А, Петряков ВАК вопросу об аномалиях кинетических коэффициентов в Hgi_xCdxTe, ФТП, 18(2), 201-205 (1984)
Подписано в печать 27 09 2007 г Формат 60x84 1/16, Уел Печ Лист1 О Тираж 100 экз Заказ Я» 1715 Отпечатано в типографии «ДЦ «Каретный Двор»» 101000, Москва, ул Покровка, д 12, стр 1 Тел (495) 955-19-31 Факс (495) 955-19-31 _www allapnnt.ru_
Список сокращений и обозначений.
Введение.
Глава 1. Физико-химические свойства, проблемы выращивания и особенности строения кристаллической решетки полупроводниковых твердых растворов CdxHgix.yZnyTe (обзор литературы).
1.1 Физико-химические свойства бинарных соединений HgTe, CdTe и ZnTe.
1.2 Диаграмма состояний. Фазовая диаграмма и приготовление материалов CdxHgi.xTe, Cd].xZnxTe и Hgi.xZnxTe.
1.3 Методы выращивания твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe: газофазная эпитаксия, молекулярно-пучковая эпитаксия, жидкофазная эпитаксия. Преимущества и недостатки методов.
1.4 Зонная структура соединений CdxHgi.xTe, CdixZnxTe и Hg].xZnxTe.
1.5 Теоретическое и экспериментальное исследование эффектов упорядочения и микронеоднородностей в полупроводниковых твердых растворах.
1.6 Решеточные колебания кристаллов с различными типами атомного упорядочения.
1.7 Влияние эффектов кластерирования на свойства многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов.
Глава 2. Объекты исследований. Экспериментальные методы исследования физико-химических свойств эпитаксиальных структур CdxHg 1 .x.yZnyTe/Cd]yZnyTe. Математическая обработка результатов измерений
2.1 Описание установки и технологических режимов выращивания эпитаксиальных слоев CdxHgi.x.yZnyTe.
2.2 Методы исследования электрофизических свойств и структурного совершенства эпитаксиальных структур CdxHgixyZnyTe.
2.2.1 Устройство низкотемпературной камеры и блок-схема экспериментальной установки.
2.2.2 Измерение удельного сопротивления образцов при низких температурах.
2.3 Спектроскопические методы исследования оптических свойств твердых растворов CdxHgixyZnyTe.
2.3.1 Применение комплексного подхода, включающего в себя соотношения Крамерса-Кронига и дисперсионный анализ для исследования решеточных колебаний в материалах, проявляющих много-осцилляторные эффекты.
2.3.2 Генетический алгоритм в применении к задачам исследования оптических свойств полупроводниковых твердых растворов CdxHgix.yZnyTe.
2.4 Материал подложки и требования к нему. Проблема согласования периодов решеток. Технология подготовки поверхности подложек Cdi.yZnyTe (0 <у < 0.06) для дальнейшего наращивания
ЭС CdxHgi.x.yZnyTe.
Глава 3. Исследование динамики решетки твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe.
3.1 Расчет решеточных колебаний твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe на основе модифицированного варианта модели однородных ячеечных смещений.
3.1.1 Основные оптические фононы.
3.1.2 Низкочастотные локальные моды решеточных колебаний.
3.2 Корреляционные эффекты в полупроводниковых материалах А В
3.2.1 Упорядочение и микронеоднородности состава.
Фрелиховское взаимодействие. Расчет.
3.2.2 Решеточные колебательные моды в тройных полупроводниковых твердых растворах CdxHgi.xTe и Cd].xZnxTe в случае статистически равномерного распределения компонентов в катионной подрешетке.
3.2.3 Взаимосвязь между микронеоднородностями состава и дополнительными модами в оптических спектрах твердых растворов CdxHg,.x.yZnyTe.
3.2.4 Оптические исследования решеточных колебаний в кристаллах Cdi.xZnxTe (0<х<0.2) в квазилокальном приближении.
3.3 Экспериментальные результаты. Структурное совершенство и локальная динамика решетки твердого pacTBopaCdxHgix.yZnyTe. Эффекты упорядочения в эпитаксиальных слояхСёхК^1.х.у2пуТе /Cdi.yZnyTe.
Глава 4. Исследование оптических свойств эпитаксиальных структур CdxHgi.x.yZnyTe/CdiyZnyTe.
4.1 Поглощение света в ЭС CdxHgi.x„yZnyTe в инфракрасном диапазоне длин волн. Особенности процесса межподзонного поглощения квантов света.
4.1.1 Экспериментальные результаты для CdxHgi.x.yZnyTe.
4.2 Исследование характера изменения решеточных колебаний в зависимости от пространственного распределения цинка по глубине эпитаксиальных слоев CdxHgi.xTe/Cdi.yZnyTe и CdxHgi.x.yZnyTe/Cdi.yZnyTe.
4.3 Ширина запрещенной зоны и оптические свойства твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe в ультрафиолетовой и видимой области спектра.
4.3.1 Область межзонных переходов.
4.3.2 Оптические свойства CdxHgi.x.yZnyTe в видимом и УФ- диапазонах длин волн.
4.4 Поглощение инфракрасного излучения свободными носителями заряда в полупроводниках CdxHgi.x.yZnyTe.
4.5 Однородность состава по площади и глубине слоя CdxHgixyZnyTe.
Глава 5. Электрофизические свойства эпитаксиальных слоев CdxHg!xTe и CdxHgi.x.yZnyTe, выращенных на подложках Cdi.xZnxTe.
5.1 Формирование гетеропереходов при жидкофазной эпитаксии многокомпонентных твердых растворов замещения CdxHgi.x.yZnyTe на подложках CdZnTe.
5.2 Режимы отжига и повторного отжига ЭС р- CdxHgi.x.yZnyTe.
5.3 Исследования электрофизических свойств ЭС CdxHg^.yZriyTe методом эффекта Холла в диапазоне температур от (4.2-300) К.
5.4 Параметры фотоприемных устройств, созданных на основе
ЭС CdxHg,.x.yZnyTe/CdZnTe.
Выводы
Актуальность темы. Актуальность темы. Полупроводниковые твердые растворы CdxHgi.x.yZnyTe привлекают к себе внимание как перспективные материалы для производства на их основе фотоприемных устройств, работающих в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, включая 3-5 мкм и 812 мкм - так называемых «окнах прозрачности» атмосферы. Для этого необходимо решить проблему выращивания гетероструктур CdxHgi.x.yZnyTe/Cdi.xZnxTe с заданной шириной запрещенной зоны и с улучшенными структурными свойствами. В настоящее время для этих нужд в основном используются твердые растворы CdxHgi.xTe, на основе которых созданы приборы высокого качества. Тем не менее, существует ряд проблем, связанных с нестабильностью свойств этого материала, обусловленной неконтролируемым частичным перераспределением дефектов решетки и ионов ртути в объеме, особенно в приповерхностной области, этого полупроводника. Постоянное совершенствование технологии получения CdxHgixTe, направленное на улучшение структурных свойств материала, а также разработка новых конструкций ИК- фотоприемников позволило в большинстве случаев избавиться от этого недостатка. Вместе с тем, идет постоянный поиск новых подходов к решению данной проблемы. Введение четвертого компонента в тройной твердый раствор CdxHgi.xTe иногда позволяет продвинуться в этом направлении. Введение Mn, Zn или Se в CdxHgi.xTe понижает нестабильность его кристаллической решетки. Так, например, добавление цинка приводит к упрочнению связей в твердом растворе, что влечет за собой улучшение его механических свойств и положительно сказывается на стабильности рабочих характеристик ИК- детекторов. В то же время, введение еще одного компонента приводит к необходимости решать проблему точного определения состава (х,у) CdxHgi.x.yZnyTe. Исследование физико-химических свойств таких твердых растворов вызывает огромный научный интерес.
Следует иметь в виду, что многокомпонентные изовалентные полупроводниковые твердые растворы в целом ряде случаев не являются случайными сплавами. В них может наблюдаться коррелированное заполнение узлов подрешеток. Для того чтобы иметь возможность адекватно оценивать степень влияния эффектов упорядочения на процесс формирования твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe, необходимо детально теоретически и экспериментально исследовать динамику их решетки, оптические и электрофизические свойства. К настоящему времени достаточно большое количество публикаций посвящено исследованиям колебаний кристаллической решетки двухкомпонентных полупроводников и лишь ограниченное их количество - четырех
2 6 компонентным, в частности, твердым растворам группы А В . В случае CdxHgixyZnyTe подобные сведения отсутствуют. В настоящее время не исследованы оптические свойства четверных твердых растворов CdxHgi.x. yZnyTe в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектра, фононные колебания в дальнем инфракрасном диапазоне длин волн, недостаточно изучены структурные и электрофизические свойства указанных полупроводников, а также механизмы поглощения квантов света в области края основного поглощения. Результаты данных исследований имеют высокую значимость для получения фундаментальных знаний в области физики полупроводниковых многокомпонентных твердых растворов.
Настоящая работа являлась частью исследований, проводимых в соответствии с координационным планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП «Гиредмет» по темам: «Разработка базовых технологий изготовления эпитаксиальных полупроводниковых структур теллурида кадмия - ртути для производства крупноформатных матричных фотоприемников», шифр «Гепард»(2004), «Разработка опытно-промышленной технологии изготовления эпитаксиальных структур CdxHgj. хТе для производства многоэлементных фотоприемников», шифр "Ягу-ар"(2005год).
Цель работы
Цель заключалась в разработке физико-химических основ получения и управления свойствами четверных полупроводниковых твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe - перспективных материалов для нужд ИК- оптоэлектроники путем выполнения фундаментальных теоретических расчетов и математического моделирования динамики решетки, оптических свойств в УФ и ИК диапазонах длин волн, электрофизических свойств, а также в комплексной экспериментальной проверке результатов теоретических расчетов.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:
- исследовать спектральные зависимости комбинированной плотности состояний в области сингулярностей Ван Хова для твердых растворов CdxHg,.x.yZnyTe;
- изучить особенности и закономерности динамики кристаллической решетки полупроводниковых твердых растворов CdxHgixyZnyTe при изменении их состава;
- исследовать влияние эффектов структурного упорядочения на изменение фононных колебаний в многокомпонентных полупроводниковых твердых растворах;
- синтезировать и провести комплексные исследования оптических и электрофизических свойств четверных твердых растворов CdxHgixyZnyTe;
- провести расчет значений частот основных оптических фононов CdxHgi.xyZnyTe во всем диапазоне составов и сравнить их с экспериментальными результатами, полученными с помощью метода инфракрасной Фурье-спектроскопии;
- получить зависимость значений ширины запрещенной зоны (Eg) от состава четверного твердого раствора CdxHg].x.yZnyTe.
Объект и предмет исследования
В работе исследовались свойства четверных полупроводниковых твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe, тройных соединений CdxHgjxTe, Cd].xZnxTe, HgixZnxTe, а также бинарных полупроводников HgTe, CdTe и ZnTe. Исследования условий выращивания ЭС CdxHgix.yZnyTe из растворов-расплавов на основе Те в запаянной кварцевой ампуле с удалением остатков раствора-расплава путем центрифугирования. Для оптимизации режимов ЖФЭ проведено исследование влияние состава жидкой фазы, геометрии ростовой ячейки, способа создания пересыщения в жидкой фазе, условий подрастворения подложки в перегретом растворе-расплаве на начальных стадиях процесса, температурно-временных режимов проведения выращивания на основные свойства ЭС (состав, толщина, однородность их распределения по площади ЭС, качество поверхности). Изучались оптические, электрофизические, структурные свойства и динамика решетки твердых растворов из группы А2В6.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением набора взаимно-дополняющих экспериментальных методик, детальным анализом физических явлений и процессов, определяющих оптические и электрофизические свойства исследуемых структур. В значительной степени достоверность полученных результатов подтверждается хорошим согласием между экспериментально полученными данными и значениями, рассчитанными в рамках общепринятых физических моделей.
Научная новизна
1. Впервые найдены соотношения, позволяющие по положению особых точек Ео и Ei в оптических спектрах в видимом и УФ диапазонах длин волн оценивать состав л; и у твердого раствора CdxHgi.x.yZnyTe. Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов в области составов CdxHgi.x.yZnyTe (0.09 < л; < 0.22,0.02 < 0.17).
2. Установлены закономерности изменения экспериментальных оптических спектров в области фононных колебаний твердых растворов CdxHgix. yZnyTe. Проведен детальный анализ экспериментальных спектральных зависимостей коэффициента отражения CdxHgi.x.yZnyTe.B дальней инфракрасной области длин волн с применением комплексного подхода, включающего в себя соотношения Крамерса-Кронига, дисперсионный анализ и генетический алгоритм.
3. Впервые рассчитаны значения частот основных фононных мод четверного полупроводникового твердого раствора CdxHgixyZnyTe в рамках модели однородных ячеечных смещений.
4. Выявлена природа появления дополнительных мод колебаний в оптических спектрах твердых растворов CdxHgi.xyZnyTe. Показано, что их присутствие не связано с проявлением корреляционных эффектов типа дально-действующего упорядочения. Дополнительные решеточные колебания, частоты которых в плотности фононных состояний располагаются ниже по энергии, чем мода HgTe, обязаны своим появлением дефектам кристаллической решетки твердого раствора CdxHgi.xyZnyTe.
5. Показано, что введение цинка в тройной раствор CdxHgixTe позволяет с большей точностью контролировать положение края основного поглощения в области межзонных переходов.
6. Впервые проведены исследования спектральных зависимостей коэффициентов преломления и экстинкции в ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Проведено сравнение с аналогичными параметрами тройных твердых растворов CdxHg].xTe, Cd].yZnyTe.
Практическая значимость диссертации определяется тем, что полученные в настоящей работе результаты способствуют развитию фундаментальных знаний о физико-химических свойствах полупроводниковых твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe. Совокупность данных о структурном совершенстве кристаллической решетки, оптических константах в области ультрафиолета и в дальней инфракрасной области длин волн необходима для оптимизации параметров и дизайна ИК- фотоприемных устройств и приборов, изготовленных на основе гетероструктур CdxHgi.x.yZnyTe/Cdi.yZnyTe. Введение цинка в тройной твердый раствор CdxHgixTe позволяет улучшить его прочностные характеристики, что очень важно для приборов, работающих при пониженных температурах, т.к. необходимо обеспечить их стабильную работу при многократном термоциклировании. Результаты исследований могут быть положены в основу разработки перспективной технологии получения материалов ИК- техники с заданными свойствами на базе четверных полупроводниковых твердых растворов CdxHg].x.yZnyTe.
Основные научные положения, выносимые на защиту: 1. Выбранные технологические режимы выращивания методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) и последующего отжига эпитаксиальных слоев (ЭС) четверных полупроводниковых твердых растворов CdxHgi.xyZnyTe на подложках Cd^yZriyTe (0.02<у<0.06) из растворов-расплавов на основе Те в запаянной кварцевой ампуле с удалением остатков раствора-расплава путем центрифугирования, позволяющие получать ЭС с заданными электрофизическими свойствами.
2. Установлена зависимость положения особых точек Ео и Е] в оптических спектрах в видимом и УФ диапазонах длин волн от состава х и у материала CdxHgj.x.yZriyTe. Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов в области составов CdxHgi.x.yZnyTe (0.09 < х < 0.22, 0.02 <у< 0.17).
3. Установлено, что значения частот основных оптических фононов чет-верньк полупроводниковых твердых растворов CdxHgi.xyZnyTe, рассчитанные в рамках модели однородных ячеечных смещений, удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами, полученными из спектров отражения в области фононного резонанса с применением комбинированного подхода, включающего в себя соотношения Крамерса-Кронига и дисперсионный анализ, а также генетический алгоритм. Это свидетельствует о том, что в объеме выращенных эпитаксиальных слоев твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe атомы Cd, Hg и Zn располагаются по катионной подрешетке произвольно, т.е. не проявляются корреляционные эффекты. Это подтверждается тем, что значения параметров затухания фононных колебаний равны 4.1 + 6.7 см"1 для продольных и 2.4 5.2 см"1 для поперечных оптических фононов.
4. Показано, что мода решеточных колебаний, располагающаяся в ИК спектрах отражения CdxHg].x.yZnyTe в области -137 см"1, относится к категории локальных, а не кластерных мод, как это имело место в полупроводниковом материале CdxHgixTe. В последнем случае спектральное положение кластерной моды оставалось неизменным в диапазоне составов 0.19< х < 0.48, в то время как в случае твердого раствора CdxHg].x.yZnyTe незначительное увеличение содержания кадмия повлекло за собой смещение указанной локальной моды на > 1 см'1 в сторону больших энергий.
Личный вклад автора в диссертационную работу заключается в постановке и обосновании задач исследования, в разработке режимов выращивания твердых растворов CdxHgi.x.yZnyTe, в подготовке и выборе образцов, в проведении расчетов и выполнении экспериментов по исследованию физико-химических свойств указанных полупроводников, в интерпретации полученных результатов.
Работы проводились в тесном взаимодействии с соавторами, которые не возражают против использования в диссертации совместно полученных результатов.
Апробация работы
Проведена в ходе выступлений на российских и международных научных конференциях и симпозиумах, в том числе: VI Российской конференции по физике полупроводников (Санкт-Петербург, 2003 г.), 13 th Intern. Workshop on room-temperature semiconductors X- and gamma- ray detectors (2003 IEEE Nuclear Science Symposium, Portland, Oregon, USA, 2003), XVIII Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (г. Москва, Россия, 2004 г.), 2nd Intern, conf. on materials science and condensed matter physics (MSCMP-2004, Chisinau, Moldova, 2004), VI Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и нано-электронике (С.-Петербург, Россия, 2004 г.), - XI Национальной конференции по росту кристаллов (Москва, ИК РАН, Россия, 2004 г.), VII Российской конференции по физике полупроводников (Москва, Звенигород, 2005 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 3 в журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК РФ. Список основных работ приведен в автореферате.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 177 страницах, иллюстрируется 62 рисунками, сопровождается 16 таблицами и включает в себя введение, 5 глав, выводы и список используемой литературы, включающий 174 наименования.
Выводы
1. Исследованы оптические свойства четверного полупроводникового твердого раствора CdxHgi.x.yZnyTe в УФ- и видимой областях спектра. Найдены соотношения, позволяющие по положению особых точек Ео и Ej в оптических спектрах оценивать состав х и у данного материала во всем диапазоне составов. Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов для CdxHgi.x.yZnyTe 0.09<х<0.22, 0.02<у<0.17. Измерены спектры показателя преломления образцов CdxHgix.yZnyTe в ультрафиолетовой области спектра.
2. Выполнены расчеты значений частот основных оптических фононов CdxHgix.yZnyTe в рамках модели однородных ячеечных смещений, что позволило идентифицировать все основные колебания кристаллической решетки, оказывающие существенное влияние на оптические свойства данного материала в спектральной области, соответствующей однофононному резонансу.
3. Исследованы оптические свойства полупроводникового твердого раствора CdxHgixyZnyTe в инфракрасном диапазоне длин волн. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных спектральных зависимостей диэлектрической функции твердого раствора CdxHgix.yZnyTe разного состава при температурах 295 и 78К, получено их хорошее совпадение. Дополнительные решеточные колебания, частоты которых в плотности фононных состояний располагаются ниже по энергии, чем мода HgTe, обязаны своим появлением дефектам кристаллической решетки твердого раствора CdxHgi.xyZnyTe.
4. Теоретически исследовано влияние эффектов структурного упорядочения на изменение фононных колебаний в многокомпонентных полупроводниковых тлсрдых растворах CdxHg|.x.yZnyTe. Результаты проведенных расчетов позволили выявить основную причину появления дополнительной моды колебаний в спектральной плотности фононных состояний полупроводникового твердого паствора CdxHg|.x.yZnyTe. Установлено, что мода решеточных колебаний, которая располагается в области волновых чисел ~137 см"1 относится к категории лекальных, а не кластерных мод.
5. Установлено, что в эпитаксиальных слоях CdxHgI.x.yZnyTe (0.09<ос<0.22, 0.02<у<0.17), выращенных на подложках CdyZniyTe (0.02<у<0.06) методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле с удалением раствора-расплава путем центрифугирования, распределение основных компонентов твердого раствора по глубине эпитаксиального слоя на расстоянии 3-4 мкм от гетерограницы постоянно, что подтверждается результатами масс-спектрометрических методов анализа.
6. Исследованы оптические свойства эпитаксиальных слоев CdxHgi.x.,ZnyTe (0.2<х<0.3, у=0), выращенных методом жидкофазной эпитаксии на подложках Cdi.yZnyTe. Проведены исследования изменений в дисперсионных зависимостях коэффициента отражения в области решеточных колебаний. Установлено, что имеет место характерная картина перераспределения сил осцилляторов однофононных резонансов по мере продвижения от поверхности ЭС тс гетерогранице. Из сравнения экспериментальных данных с результатами теоретических расчетов сделан вывод о том, что в непосредственной окрестности гетерограницы ЭС-подложка в процессе роста ЭС при определенных условиях образуется тонкий слой твердого раствора CdxHg,.x.yZnyTe, то есть 1ггнк в данной области образца необходимо рассматривать не как примесь, а кмк один из компонентов катионной подрешетки. Следовательно, при рассмотрении вопроса о согласовании параметров подложки и слоя необходимо принимать во внимание диффузию цинка в ЭС.
7 I поведены исследовании электрофизических свойств ЭС твердых растворов С ' Jlgi-x-yZriyTe (0.09<х<0.22, 0.02<у<0.17) в температурном интервале (4.2-300>тС методом эффекта Холла. Результаты исследований легли в основу разработ"чных режимов отжига гетероструктур CdxHgi.x.yZnyTe/Cd1.yZnyTe, ис-пользовг не которых позволило получить ЭС с концентрацией свободных но
15 3 сителей: ряда при 77.3К п = (1 - 3)х10 см", что необходимо для изготовления инфракрасных фотоприемников, имеющих обнаружительную способность D*~ Ю10 Вт"'Гч'/2см при вольтватной чувствительности Sи]тах > 7x104 ВхВт"1.
1. Герасимов Я.И., Крестовников А.Н., Горбов С.И. Химическая термодинамика в цветной металлургии, том 4. М.: Металлургия, 1974г.
2. Tobin S.P., Smith F.T.J., and Norton. P.W. // J. Electron. Mater. 1995. V.24. -№ 9.-P. 1189-1199.
3. Capper. P. //Inspec. IEE 1994. P.41.
4. Евгеньев С. Б. Исследование теплового расширения и плотности полупроводниковых веществ различных структурных групп в твердой и жидкой фазах. Автореф. Канд. Дис. 1968.
5. Берченко Н.Н. Кревс В.Е. Средин В.Г. Полупроводниковые твердые растворы A"BVI и их применение. М.: Воениздат, 1982.
6. Гирич Б.Г. ЛакеенковВ.М Новые материалы для оптоэлектроники и тепловидения. Реф. Сборник ВИНИТИ, Новости науки и техники, Се-рия:Новые материалы, технология их производства и обработки. 1990. -Вып. 9. 54с.
7. Берченко Н.Н. Кревс В.Е. Средин В.Г. Полупроводниковые твердые растворы AnBVI и их применение. М.: Воениздат, 1985.
8. Pratt R.G., Hewett J., Capper P. e.a. // J. Appl. Phys. 1986. - V. 60. -P. 2377-2385.
9. Баженов Н.Л., Гельмонт Б.Л., Иванов-Омский В.И. и др. // ФТП. 1982. -Т. 16.-С. 109-112.
10. Гасан-заде С.Г., Шепельский Г.А. // ФТП. 1998. - Т. 32. - С. 436-438.
11. Yu and Т.-С., Brebrick R.F. // J. Of Phase Equilibria. 1992. -V. 13, P.5.
12. Petty M.S., Luhasz C. // J. Phis. D. 1976. - V.9. - P.l605.
13. T.-C. Yu and R.F. Brebrick, J. Of Phase Equilibria v.13, No5, 1992.
14. Hass K.C., Ehrenreich H., Velicky B. // Phys. Rev. В. 1983. V. 27. -P. 1088-1100.
15. Seiler D.G., Litter C.L., Loloce M.R., Milazzo S.A. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1989.-V. 7.-P. 370-376.
16. Willey J.G., Dexter R.N. // Phys. Rev. 1969. - V. 181. - P. 1181 -1188.
17. Несмелова И.М., Панасенко 3.K., Макарова НИ. // ФТП.- 1979.-Т. 13.-С. 1420-1422.
18. Ивачов-Омский В.И., Коломиец Б.Т., Марков Ю.Ф. и др. // ФТП. 1967. -Т. 1.-С. 1442-1445.
19. Bowers R.L., Mahan G.D. // Phys. Rev. 1969. - V. 185. - P. 1073-1079
20. Сагинов Л.Д., Пономаренко В.П., Федирко B.A. и др. // ФТП. 1982. - Т. 16.-С. 470-473.
21. Muller M.W. Composition correlations in ternary semiconductor alloys. Phys.Rev. B. 1984. V. 30. P. 6196.
22. Pearsall T.P., Carles R., Portal J.C. Single longitudinal-mode optical phonon scattering in Gao.47Ino.53As. Appl.Phys.Lett. 1983. V. 42. N. 5. P. 436-438.
23. Jaw D.H., Chen G.S., Stringfellow G.B. Atomic ordering in InAso.sPo.s grown by organometallic vapor phase epitaxy. Appl. Phys. Lett. 1991. V. 59. P. 114.
24. Kuan T.S., Kuech T.F., Wang W.I., Wilkie W.I. Long range order in AlxGai xAs. Phys. Rev. Lett. 1985. V. 54. P. 201.
25. Kakimoto K., Katoda T. Clustering parameter and internal stress in III-V ternary alloys. Japanese J.Appl.Phys. 1985. V. 24., N. 8. P. 1022-1029.
26. Seong T-Y, Norman A.G., Booker G.R., Cullis A.G. Atomic ordering and domain structures in metal organic chemical vapor deposition grown InGaAs (001) layers. J.Appl.Phys. 1994. V. 75. N. 12. P. 7852-7865.
27. Sher A., Berding M.A., Schilfgaarde M.van, Chen A.B. HgCdTe status review with emphasis on correlations, native defects and diffusion. Semicond. Sci. Technol. 1991. V. 6. P. C59.
28. Schwartz L.M. Effective medium theory of electrical conduction in two-corn oonent anisotropic composites. Physica. 1994. V. A 207. P. 131.
29. Zunger A., Mahajan S. Handbook of Semiconductors. 2nd ed., edited by S. Mabjan. Elsevier. Amsterdam. 1994. V.3. P. 1399.
30. Don- J.-R., Wang Z.-G., Liu X.-L, Lu D.-C., Wang D., Wang X.-H. Photolu-mini scence of ordered Gao.5Ino.5P grown by metalorganic vapor phase epitaxy. App .Phys.Lett. 1995. V. 67. N. 11. P. 1573-1575.
31. Oso io R., Bernard J.E., Froyen S., Zunger A. Ordering thermodynamics of surface and substrate layers in the Ga,.xInxP alloy. Phys.Rev.B. 1992. V. 45. P. Ill 3.
32. Mintairov A.M., Temkin H. Lattice vibrations and phonon-plasmon coupling in Raman spectra of p- type Ino.53Gao.47As Phys. Rev. B. 1997.V. 55. N. 8. P. 5117-5123.
33. Mozume T. Characterization of interfacial structure of InGaAs/InP short-period superlattices by high resolution x-ray diffraction and Raman scattering. J.Appl.Phys. 1995. V. 77. N. 4. P. 1492-1497.
34. Wei S.-H., Zunger A. Fingerprints of CuPt ordering in III-V semiconductor alloys: valence-band splittings, band-gap reduction, and x-ray structure factors. Phys.Rev.B. 1998. V. 57. N. 15. P. 8993-8988.
35. Wei S.-H., Laics D.B., Zunger A. Dependence of the optical properties of semiconductor alloys on the degree of long-range order. Appl.Phys.Lett. 1993. V. 62. N. 16. P. 1937-1939.
36. Alonso R.G., Mascarenhas A., Horner G.S., Bertness K.A., Kurtz R., Olson J.M. Spontaneous ordering in GaInP2: A polirized-piezomodulated-reflectivity study. Phys.Rev.B. 1993. V. 48. N. 16. P. 11833-11837.
37. Franceschetti A., Wei S.-H., Zunger A. Effect of ordering on the electron effective mass and strain deformation potential in GaInP2: Deficiencies of the kp model. Phys.Rev.B. 1995. V. 52. N. 19. P. 13992-13997.
38. Zhang Y., Mascarenhas A. Conduction and valence - band effective masses in spontaneously ordered GaInP2. Phys.Rev.B. 1995. V. 51. N. 19. P. 1316213173.
39. Alsina F., Mestres N., Pascual J., Geng C., Ernst P., Scholz F. Raman scattering in single-variant spontaneously ordered GaInP2. Phys.Rev.B. 1996. V. 53. N. 19. P. 12994-13001.
40. Cheong H.M., Mascarenhas A., Ernst P., Geng C. Effect of spontaneous ordering on Raman spectra of GaInP2. Phys.Rev.B. 1997. V. 56. N. 4. P. 1882-1888.
41. Mader K.A., Zunger A. Effect of atomic clustering on the optical properties of III-V alloys. Appl.Phys.Lett. 1994. V. 64. N. 21. P. 2882-2884.
42. Wei S.-H., Zanger A. Theory of reflectance-difference spectroscopy in ordered III-V semiconductor alloys. Phys. Rev. B. 1995. V. 51. N. 20. P. 14110-14114.
43. Fluegel В., Zhang Y., Cheong H.M., Mascarenhas A., Geisz J.F., Olson J.M., and Duda A. Exciton absorption bleaching studies in ordered GaJn^P. Phys.Rev.B. 1997. V. 55. N. 20. P. 13647-13650.
44. Wirth R., Seitz H., Geiger M., Scholz F., Ilangleiter A., Muhe A., Philipp F. Single variant ordering in GalnAs/InP. Appl.Phys.Lett. 1997. V. 71. N. 15. P. 2127-2130.
45. Estrera J.P., Stevens P.D., Glosser R., Duncan W.M., Kao Y.C., Liu H.Y., Beam III E.A. Phonon mode study of near-lattice-matched InxGai.xAs using micro-Raman spectroscopy. Appl.Phys.Lett. 1992. V. 61. N. 16. P. 1927-1929.
46. Quadri S.B., Skelton E.F., Webb A.W., Kennedy J. Evidence for bond strengthening in CdNxZnxTe (x=0.04). Appl.Phys.Lett. 1985. V. 46. N. 3. P. 257-259.
47. Zax D.B., Zamir D., Vega S. Local structure and order in the semiconductor alloy Hgo.7gCdo.22Te by multinuclear NMR Phys.Rev.B. 1993. V. 47. P. 6304.
48. Liao X.Z., Shi T.S. Composition modulated structures in bulk-growth Hgo.8Cdo.2Te. Appl.Phys.Lett. 1995. V. 6. N. 16. P. 2089-2091.
49. Wolfe W.L., Ziss G.J. (Eds.). The Infrared Handbook. Ch.ll. Office of Naval Research, Washington, DC. 1973.
50. Wei S.-H., Zunger A. Disorder effects on the density of states of the II-VI semiconductor alloys Hgo.5Cdo.5Te, Cdo.5Zn0.5Te, and Hgo.5Zno.5Te. Phys.Rev.B. 1991. V. 43. N. 2. P. 1662-1677.
51. Козырев С.П., Пырков B.H., Водопьянов JI.K. Перестройка колебательных спектров полупроводниковых сплавов Cd.xZnxTe. ФТТ. 1992. Т. 34. В. 8. С. 2367-2371.
52. Wei S.-H., Ferreira L.G., Zunger A. First-principles calculation on temperature-composition phase diagrams of semiconductor alloys. Phys.Rev.B. 1990. V. 41. N. 12. P. 8240-8269.
53. Kwon M.S., Lee J.Y. Formation of CuPt-type ordered (Cd,Zn)Te at CdTe/ZnTe interface. J.Crystal Growth. 1998. V. 191. P. 51-58.
54. Estrera J.P., Stevens P.D., Glosser R., Duncan W.M., Kao Y.C., Liu H.Y., Beam III E.A. Phonon mode study of near-lattice-matched InxGaixAs using micro-Raman spectroscopy. Appl.Phys.Lett. 1992. V. 61. N. 16. P. 1927-1929.
55. Вавилова JI.C., Иванова A.B., Капитонов B.A., Мурашова А.В., Тарасов И.С., Арсентьев И.Н., Берт Н.А., Мусихин Ю.Г., Пихтин Н.А., Фалеев Н.Н. Самоорганизующиеся наногетероструктуры в твердых растворах 1п-GaAsP. ФТТ1. 1998. Т. 32. В. 6. С. 658-662.
56. Губанов В.А., Курмаев Э.З., Ивановский А.Л. Квантовая химия твердого тела. М. Наука. 1984. 304 с.
57. Мильвидский М.Г., Чалдышев В.В. Наноразмерные атомные кластеры в полупроводниках новый подход к формированию свойств материалов (обзор). ФПГ. 1998. Т. 32. В. 5. С. 513-522.
58. Khachaturyan A.G. Theory of Structural Transformations in Solids. N.Y. John Wiley and Sons. 1983.
59. Peiro F., Cornet A., Roura P., Morante J.R. On the origin of the coarse and fine contrast modulation in epitaxial InGaAs strained layers grown on InP substrates. Mat. Intern. MRS-95 Conf. Boston. Massachusetts. November 1995.
60. Берт H.A., Вавилова Л.С., Ипатова И.П., Капитонов В.А., Мурашова А.В., Пихтин Н.А., Ситникова А.А., Тарасов И.С., Щукин В.А. Спонтанно формирующиеся периодические InGaAsP- структуры с модулированным составом. ФТП. 1999. Т. 33. В. 5. С. 544-548.
61. Козырев С.П., Пырков В.Н., Водопьянов Л.К. Особенности перестройки колебательных спектров сплавов полупроводник-полуметалл CdTe-HgTe. Решеточные моды Cd-Te и Hg-Te колебаний. ФТТ. 1992. Т. 34. С. 3695.
62. Баранова О.Б., Василевский М.И., Строганова С.В. Спектроскопия фононов в полупроводниковых твердых растворах замещения как метод исследования ближнего порядка. Известия Академии Наук. Серия физическая. 1994. Т. 58. N. 7. С. 101-04.
63. Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника. М. Мир. 1976.431 с.
64. Grefenstette J.J (Ed.). Proceedings og the II Intern.Conf. on Genetic algorithms and their applications. Hillsdate. NJ. Lawrwnce Erlbaum Associates (a). 1987.
65. G.G. Tarasov, Yu.I. Mazur, М.Р. Lisitsa, S.R. Lavoric, A.S. Rakitin, J.W. Tomm and A.P. Litvinchuk. Semicond. Sci. Technol. 14, 187 (1999).
66. А.И. Белогорохов, A.A. Флоренцев, И.А. Белогорохов, A.B. Елютин. Оптические и вибрационные свойства твердых растворов Cd^Hgi-^-^Zn^Te, ФТТ 48(4), 597-606 (2006).
67. T.L. McDevit, S. Mahajan, D.E. Laughlin, W.A. Bonner, V.G. Keramidas. Phys. Rev. В 45, 6614(1992).
68. M. Борн, Хуан Кунь. Динамическая теория кристаллических решеток, Из-во иностр. лит., М. (1958).
69. M.I. Vasilevskiy. Phys. Rev. В 66, 1953 (2002).
70. V.M. Burlakov, A.P. Litvinchuk, V.N. Pyrkov, G.G. Tarasov, N.I. Vitrik-hovskii. Phys. Stat. Sol. (b) 128,389 (1985).
71. G.G. Tarasov, Yu.I. Mazur, M.P. Lisitsa, S.R. Lavoric, A.S. Rakitin, J.W. Tomm and A.P. Litvinchuk. Semicond. Sci. Technol. 14,187 (1999).
72. А.И. Белогорохов, А.Г. Белов, B.M. Лакеенков. Автометрия СО РАН 5, 8 (1996).
73. С.П. Козырев, В.Н. Пырков, Л.К. Водопьянов. ФТТ 34,2372 (1992).
74. S.P. Kozyrev, L.K. Vodopyanov, R. Triboulet. Sol. St. Commun. 45, 383 (1983).
75. С.П. Козырев, В.Н. Пырков, Л.К. Водопьянов. ФТТ 34, 2367 (1992).
76. A.I. Belogorokhov, L.I. Belogorokhova, A.G. Belov, V.M. Lakeenkov, L.M. Liberant, N.A. Smirnova. J.Crystal Growth 159,186 (1996).
77. Р.М. Amirtharaj, K.K. Tiong, P. Parayanthal, F.H. Pollak, J.K. Furdyna. J. Vac. Technol. A3,226 (1985).
78. А.И.Белогорохов, И.А.Денисов, Н.А.Смирнова, Л.И. Белогорохова. ФТП 38,1, 84 (2004).
79. M.I. Vasilevskiy, A.I. Belogorokhov, M.J.M. Gomes. J. Electronic Materials 28, 6, 654 (1999).
80. С.П. Козырев, B.H. Пырков, Л.К. Водопьянов ФТТ 37,5,1293 (1995).
81. A.M. Witowski, M. Grynberg. Phys. Stat. Sol. (b) 100, 389 (1980).
82. J. Baars, F. Sorger. Sol, St. Commun. 10, 875 (1972).
83. Shyama Rath, K.P. Jain, S.C. Abbi, С Julien, M. Balkanski. Phys. Rev. B, 52, 17172(1995).
84. Lu W., Ye H.J, Yu Z.Y, Zhang S.Y., Fu Y, Xu W.L, Shen S.C. and Giriat W., Phys. Stat. Sol. (b) 147, 767 (1988).
85. G.G. Tarasov, Yu.I. Mazur, J.W. Tomm, S.Y. Kriven', S.R. Lavorik, N.V. Shevchenko. Proc. SPIE 2113,17 (1994).
86. I. Hill. J. Appl. Phys., 67,4270 (1990).
87. D.N. Talwar, M. Vandevyver. J. Appl. Phys. 56,1601 (1984).
88. Баранова О.Б, Василевский М.И, Строганова С.В. Спектроскопия фононов в полупроводниковых твердых растворах замещения как метод исследования ближнего порядка. Известия Академии Наук. Серия физическая. 1994. Т. 58. N. 7. С. 101-04.
89. Khachaturyan A.G. Theory of Structural Transformations in Solids. N.Y. John Wiley and Sons. 1983.
90. Ziman J.M. Models of disorder. Cambridge. U.K.: Cambridge University Press. 1979.
91. Wei S.-H, Ferreira L.G, Zunger A. First-principles calculation on temperature-composition phase diagrams of semiconductor alloys. Phys.Rev.B. 1990. V. 41. N. 12. P. 8240-8269.
92. Khachaturyan A.G. Theory of Structural Transformations in Solids. N.Y. John Wiley and Sons. 1983.
93. Максимов C.K, Максимов K.C, Ильичев Э.А. Знак энергии смешения и возможность неравновесных фазовых переходов при кристаллизации. Письма в ЖЭТФ. 1996. Т. 63. В. 6. С. 412-416.
94. Wei S.-H., Zunger A. Fingerprints of CuPt ordering in III-V semiconductor alloys: valence-band splittings, band-gap reduction, and x-ray structure factors. Phys.Rev.B. 1998. V. 57. N. 15. P. 8993-8988.
95. Wei S.-H., Laks D.B., Zunger A. Dependence of the optical properties of semiconductor alloys on the degree of long-range order. Appl.Phys.Lett. 1993. V. 62. N. 16. P. 1937-1939.
96. Alonso R.G., Mascarenhas A., Horner G.S., Bertness K.A., Kurtz R., Olson J.M. Spontaneous ordering in GaInP2: A polirized-piezomodulated-reflectivity study. Phys.Rev.B. 1993. V. 48. N. 16. P. 11833-11837.
97. Ichimura M., Sasaki A. Short-range order in III-V ternary alloy semiconductors. J.Appl.Phys. 1986. V. 60. N. 11. P. 3850-3855.
98. Берт H.A., Вавилова JI.C., Ипатова И.П., Капитонов В.А., Мурашова А.В., Пихтин Н.А., Ситникова А.А., Тарасов И.С., Щукин В.А. Спонтанно формирующиеся периодические InGaAsP- структуры с модулированным составом. ФТП. 1999. Т. 33. В. 5. С. 544-548.
99. Vasilevskiy M.I., AndaE.V. Diffusion instability of homogeneous distribution of mercury in Cd.Hg^Te. Semicond. Sci. Technol. 1995. N 10. P. 157-162.
100. Wei S.-H., Zunger A. Disorder effects on the density of states of the И-VI semiconductor alloys Hgo.5Cdo.5Te, Cdo.5Zno.5Te, and Hgo.5Zno.5Te. Phys.Rev.B. 1991. V. 43. N. 2. P. 1662-1677.
101. Kwon M.S., Lee J.Y. Formation of CuPt-type ordered (Cd,Zn)Te at CdTe/ZnTe interface. J.Crystal Growth. 1998. V. 191. P. 51-58.
102. Козырев С.П., Пырков В.Н., Водопьянов JI.K. Особенности перестройки колебательных спектров сплавов полупроводник-полуметалл CdTe-HgTe. Решеточные моды Cd-Te и Hg-Te колебаний. ФТТ. 1992. Т. 34. С. 3695.
103. Amirtharaj P.M., Tiong К.К., Parayanthal P., Pollak F.H., Furdyna J.K. Raman characterization of HgixCdxTe and related materials. J.Vac.Sci.Technol.
104. A. 1985. V.3.N. LP. 226-232.
105. Максимов C.K., Максимов K.C., Ильичев Э.А. Знак энергии смешения и возможность неравновесных фазовых переходов при кристаллизации. Письма в ЖЭТФ. 1996. Т. 63. В. 6. С. 412-416.
106. PerkowitzS., KimL. S., FengZ. C. Opticalphononsin Cdi„xZnxTe. Phys.Rev.B. 1990. V. 42. N. 2. P. 1455-1457.
107. Sher A., Berding M.A., Schilfgaarde M.van, Chen A.B. HgCdTe status review with emphasis on correlations, native defects and diffusion. Semicond. Sci. Technol. 1991. V. 6. P. C59.
108. Schwartz L. M. Effective medium theory of electrical conduction in two-component anisotropic composites. Physica A. 1994. N 207. P. 131-136.
109. Johnson S.M., Sen S., Konkel W.H., Kalisher M.H. Optical techniques for composition measurement of bulk and thin-film Cdi.yZnyTe. J.Vac.Sci.Technol.
110. B. 1991. V. 9. N. 3. P. 1897-1901.
111. Mikkelson J.C.M., Jr., Boyce J.B. Phys.Rev.Lett. 1982. V. 49. P. 1412.
112. Amirtharaj P.M., Tiong K.K., Parayanthal P., Pollak F.H., Furdyna J.K. Raman characterization of HgixCdxTe and related materials. J.Vac.Sci.Technol. A. 1985. V.3.N. l.P. 226-232.
113. Genzel L., Martin T.P., Perry C.H. Model for long-wavelength optical-phonon modes of mixed crystals. Phys.Stat.Sol. (b). 1974. V. 62. N. 1. P. 83-92.
114. Verier H.W., Barker A.S.,Jr. Optical phonons in mixed crystals of CdSeySi.y. Phys.Rev.B. 1967. V. 164.N.3.P. 1169-1184.
115. Козырев С.П., Пырков B.H., Водопьянов JI.K. Особенности перестройки колебательных спектров сплавов полупроводник-полуметалл CdTe-HgTe. Решеточные моды Cd-Te и Hg-Te колебаний. ФТТ. 1992. Т. 34. С. 3695.
116. Козырев С.П., Пырков В.Н., Водопьянов JI.K. Перестройка колебательных спектров полупроводниковых сплавов Cd.xZnxTe. ФТТ. 1992. Т. 34. В. 8. С. 2367-2371.
117. Белогорохов А.И. Определение параметров зонной структуры материала CdxHgi„xTe по спектрам отражения в дальней ИК- области. В сб. «Спектральные методы решения проблем физики твердого тела» под ред. Г.Н.Жижина. М.: ИСАИ. 1988. С. 46-80.
118. Alonso R.G., Mascarenhas A., Horner G.S., Bertness К.A., Kurtz R., Olson J.M. Spontaneous ordering in GaInP2: A polirized-piezomodulated-reflectivity study. Phys.Rev.B. 1993. V. 48. N. 16. P. 11833-11837.
119. Quadri S.B., Skelton E.F., Webb A.W., Kennedy J. Evidence for bond strengthening in Cdi.xZnxTe (x=0.04). Appl.Phys.Lett. 1985. V. 46. N. 3. P. 257-259.
120. Zhang Y., Mascarenhas A. Conduction and valence - band effective masses in spontaneously ordered GaInP2. Phys.Rev.B. 1995. V. 51. N. 19. P. 1316213173.
121. Kakimoto K., Katoda T. Clustering parameter and internal stress in III-V ternary alloys. Japanese J.Appl.Phys. 1985. V. 24., N. 8. P. 1022-1029.
122. Mintairov A.M., Temkin H. Lattice vibrations and phonon-plasmon coupling in Raman spectra ofp- type Ino.53Gao.47As Phys. Rev. B. 1997.V. 55. N. 8. P. 5117-5123.
123. Cheong H.M., Mascarenhas A., Ernst P., Geng C. Effect of spontaneous ordering on Raman spectra of GaInP2. Phys.Rev.B. 1997. V. 56. N. 4. P. 1882-1888.
124. Mader K.A., Zunger A. Effect of atomic clustering on the optical properties of III-V alloys. Appl.Phys.Lett. 1994. V. 64. N. 21. P. 2882-2884.
125. Н.П. Гавалешко, B.B. Тетеркин, Ф.Ф. Сизов, С.Ю. Паранчич, Неорганические материалы 28,2276-2281 (1992).
126. S. Takeyama, S. Narita, J. Phys. Soc. Japan 55, 274-286 (1986).
127. A.M. Андрухив, K.E. Миронов, Высокочистые вещества 2, 139-144 (1993).
128. Т. Toshifumi, S. Adachi, H. Nakanishi, and K. Ohtsuka, Jpn. Appl. Phys. 32, 3496-3501 (1993).
129. C.K. Williams, Т.Н. Glisson, J.R. Hauses, M.A. Littlejohn, J.Electron Mater. 7, 639 (1978).
130. S.E.Ostapov, O.A. Bodnaruk, I.N. Gorbatiuk, I.M. Rarenko, School-Conf. PPMSS (Chernivtsi, Ruta,1995) p. 158.
131. G.L. Hansen, J.L. Schmit, T.N. Casselman, J. Appl. Phys. 53, 7099 (1982).
132. K. Joswikowski, A. Rogalski, Infr. Phys. 28,101 (1988).
133. O.A. Боднарук, A.B. Марков, С.Э. Остапов, И.М. Раренко, А.Ф. Олонецкий, ФТП 34, 430-432 (2000).
134. P. Sydorchuk, G. Khlyap, М. Andrukhiv, Cryst. Res. Technol. 36, 361-369 (2001).
135. B.A. Тягай, O.B. Снитко, Электроотражение света в полупроводниках, Киев, Наукова думка, 1980, 304 с.
136. J. Lee, N.C. Giles, D. Rajavel, C.J. Summers, Phys. Rev. В 49,1668 (1994).
137. Granger R, Properties of Narrow Gap Semiconductors (ed. P Capper), London: INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, 1994, p 312.
138. P. Koppel, J. Appl. Phys. 57, 1705-1709 (1985).
139. L.Vina, C.Umbach, M.Cardona, and L.Vodopyanov, Phys.Rev. В 29, 6752 (1984).
140. E.M. Larramendi, E. Puron, О de Melo, Semicond. Sci. Technol. 17, 8-12 (2002).
141. А.И. Белогорохов, Ю.А. Пусеп, Определение концентрации свободных носителей заряда в материале CdxHgixTe по спектрам РЖ- отражения, Препринт ИФП СО РАН 13,1-29 (1987).
142. Scott W. Electron mobility in Hg,.xCdxTe, J.Appl.Phys., 43(3), 1055-1062 (1972).
143. Шкловский Б.И., Эфрос A.JI. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1979,416 с.
144. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982,368 с.
145. Raymond A., Robert J.L., Aulombard R.L., Bousquet С., Valassiades О., Royer М. Modification of the classical magnetic freese-out manifestations in n-type Hg!xCdxTe (x~18%) due to presence of resonant levels, Lect.Notes Phys., 152,387-390 (1982).
146. Lax В., Mavroides J.G., Zeiger H.J., Keyes RJ. Cyclotron resonance in indium antimonide at high magnetic fields, Phys.Rev., 122(1), 31-35 (1961).
147. Арапов Ю.Г., Давыдов А.Б., Зверева M.JI., Стафеев В.И., Цидильковский И.М. Локализация электронов в магнитном поле в п- Hg0.gCd0.2Te, ФТП, 17(8), 1392-1396(1983).
148. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Локализация электронов в магнитном поле, ЖЭТФ, 64(6), 2222-2231 (1973).
149. Елизаров А.И., Иванов-Омский В.И., Корнияш А.А., Петряков В.А. К вопросу об аномалиях кинетических коэффициентов в Hgi„xCdxTe, ФТП, 18(2), 201-205 (1984).
150. Dornhaus R., Nimtz G., Schlicht В. Narrow-Gap Semiconductors. In: Sprigger Tracts in Modern Physics. Berlin, Springer, 98, 1-312 (1983).
151. Spicer W.E., Silberman J.A., Lindau J., Chen A.-B., Sher A., Wilson J.A. Band gap variation and lattice, surface and interface "instabilities" in Hg., xCdxTe and related compounds, J. Vac. Sci. Technol., Al(3), 1735-1743 (1983).
152. Schlicht В., Alpsancar A., Nimtz G., Schroeder A.N.F. On the thermodynamic instability of n- type HgCdTe (x=0.2), and on acceptor levels, transport properties and lifetime ofp- type HgCdTe, Lect. Notes Phys., 152,439-443 (1982).
153. Зеегер К. Физика полупроводников. М.: Мир, 1977, 616 с.
154. Бонч-Бруевич В.Л., Звягин И.П., Кайпер Р., Миронов А.Г., Эндерлайн Р., Эссер Б. Электронная теория неупорядоченных полупроводников, М.:, Наука, 1981,384 с.
155. Владимиров В.В., Волков А.Ф., Мейлихов Е.З. Плазма полупроводников, М.: Атомиздат, 1979,256 с.
156. Белогорохов А.И., Белов А.Г., Виноградов Е.А., Рашевская Е.П. Расчет свободных носителей заряда для твердых растворов CdxHgixTe, Препринт ФИАН им. П.Н.Лебедева, 1988, 37 с.
157. Козырев С.П., Пырков В.Н., Водопьянов Л.К. Перестройка колебательных спектров полупроводниковых сплавов Cd!xZnxTe. ФТТ. 1992. Т. 34. В. 8. С. 2367-2371.
158. Белогорохов А.И. Определение параметров зонной структуры материала CdxHgi.xTe по спектрам отражения в дальней Ж- области. В сб. «Спектральные методы решения проблем физики твердого тела» под ред. Г.Н.Жижина. М.: ИСАИ. 1988. С. 46-80.
159. Alonso R.G, Mascarenhas A, Horner G.S, Bertness К.A, Kurtz R, Olson J.M. Spontaneous ordering in GaInP2: A polirized-piezomodulated-reflectivity study. Phys.Rev.B. 1993. V. 48. N. 16. P. 11833-11837.
160. Quadri S.B, Skelton E.F, Webb A.W, Kennedy J. Evidence for bond strengthening in Cd^ZnJe (x=0.04). Appl.Phys.Lett. 1985. V. 46. N. 3. P. 257-259.
161. Zhang Y, Mascarenhas A. Conduction and valence - band effective masses in spontaneously ordered GaInP2. Phys.Rev.B. 1995. V. 51. N. 19. P. 1316213173.
162. Kakimoto K, Katoda T. Clustering parameter and internal stress in III-V ternary alloys. Japanese J.Appl.Phys. 1985. V. 24, N. 8. P. 1022-1029.
163. Mintairov A.M., Temkin H. Lattice vibrations and phonon-plasmon coupling in Raman spectra ofp- type Ino.53Gao.47As Phys. Rev. B. 1997.V. 55. N. 8. P. 5117-5123.
164. Cheong H.M, Mascarenhas A, Ernst P, Geng C. Effect of spontaneous ordering on Raman spectra of GaInP2. Phys.Rev.B. 1997. V. 56. N. 4. P. 1882-1888.
165. Mader K.A, Zunger A. Effect of atomic clustering on the optical properties of III-V alloys. Appl.Phys.Lett. 1994. V. 64. N. 21. P. 2882-2884.
166. Н.П. Гавалешко, B.B. Тетеркин, Ф.Ф. Сизов, С.Ю. Паранчич, Неорганические материалы 28, 2276-2281 (1992).
167. S. Takeyama, S. Narita, J. Phys. Soc. Japan 55,274-286 (1986).
168. A.M. Андрухив, K.E. Миронов, Высокочистые вещества 2,139-144 (1993).
169. Т. Toshifumi, S. Adachi, H. Nakanishi, and K. Ohtsuka, Jpn. Appl. Phys. 32, 3496-3501 (1993).
170. C.K. Williams, Т.Н. Glisson, J.R. Hauses, M.A. Littlejohn, J.Electron Mater. 7, 639(1978).
