Исследование оптических и электрических свойств кристаллов, эпитаксиальных пленок и квантово-размерных структур на основе сульфида и селенида цинка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ФІЗИКИ

КОВАЛЕНКО Олександр Володимирович

г ~ л Г-1 гґі 0 Ой

2 1 фрВ 2600 УДК 535.37:539.23 + 546.47’232

дослідження ОПТИЧНИХ

ТА ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КРИСТАЛІВ, ЕПІТАКСІЙНИХ ПЛІВОК ТА КВАНТОВО-РОЗМІРНИХ СТРУКТУР НА ОСНОВІ СУЛЬФІДУ ТА СЕЛЕНІДУ ЦИНКУ

01.04.07. — фізика твердого тіла

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

Київ — 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському державному університеті, Міністерство освіта України.

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор

Кудзін Аркадій Юрійович,

Дніпропетровський державний університет, професор кафедри "Електрофізики"

Офіційні опоненти: Член-кореспондент НАН України,

доктор фізико-математичних наук, професор

Блонський Іван Васильович,

зав. відділом Інституту фізики НАН України

доктор фізико-математичних наук, професор ГлинчукМайя Давидівна,.

• зав. відділом Інституту проблем матеріалознавства НАН України

доктор фізико-математичних наук, професор Корбутяк Дмитро Васильович,

, зав. відділом Інституту напівпровідників

НАН України

Провідна установа: Інститут монокристалів НТК "Інститут

монокристалів" НАН України^ м. Харків.

Захист відбудеться " 0І 2000 р. о ^ годині на засіданні

специалізованої вченої ради Д.26.159.01 в Інституті фізики НАН України за адресою: м. Київ-22, проспект Науки, 46, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізики НАН України (м.Київ, проспект Науки, 46).

Автореферат розісланий "1.0" 12. ■ 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Об'єктами дослідження в даній роботі були монокристали а також гетероепітаксійні та квантово-розмірні структури на основі сульфіду та селеніду цинку. Завдяки своїм унікальним хараісгеристнкам ці матеріали є одними із самих популярних серед з'єднань групи АгВ6 як з точки зору вивчення їх оптичних та електричних властивостей, так і з тсчки зсру розширення можливостей їх практичного застосування. Незважаючи на численні наукові праці, багато питань, присвячених вивченню властивостей цих матеріалів, залишаються в колі проблем, що привертають увагу дослідників. Дотепер ще не цілком ясна природа, параметри і роль тих елементарних утворень у кристалічних гратах, на яких відбувається локалізація екситонних станів, рекомбінація, захоплення та розсіювання носіїв заряду. Крім того, однобокий розгляд яких-небудь характеристик, зіставлення результатів досліджень, отриманих при різних умовах проведення експериментів на різних зразках, часто породжує додаткову непогодженість і суперечливість фізичних уявлень. Усе це ускладнює роботу по вирощуванню монокристалів і гетероструктур із відтвореними та надійно контрольованими властивостями, затримує розробку нових промислових приладів на їх основі і практично виключає застосування ЕОМ для прогнозування їх характеристик. Особливе значення у зв'язку з цим мають комплексні методи дослідження, пов'язані з пошуком можливостей керування кристалічною структурою, оптичними та електричними характеристиками кристалів і гетероструктур ще на стадії їх синтезу; опрацьовування методик, що дозволяють коригувати ці характеристики після вирощування зразків шляхом пластичної деформації кристалів, за допомогою різних термообробок, унаслідок зовнішніх впливів, таких як рентгенівське випромінювання, високий гідростатичний тиск тощо. У рамках наукового напрямку, пов'язаного з електронним матеріалознавством, такі дослідження є стратегічними через їх фундаментальний характер та прикладне значення.

Актуальність теми визначається необхідністю:

- одержання високоякісних об'ємних монокристалів, гетеро-епітаксійних плівкових структур, у тому числі і квантово-розмірних із прогнозованими оптичними та електричними характеристиками;

- подальшого удосконалювання ефективних комплексних методів дослідження, що дозволяють визначити механізми рекомбінаційних процесів, природу і параметри локальних центрів захоплення носіїв

заряду, що істотно визначають оптичні та електричні властивості матеріалів; .

- розробки конкурентоздатних технологій синтезу гетеро-епітаксійних структур; технологічних способів і методів, що дозволяють коригувати фізичні характеристики матеріалів як під час їх синтезу, так і після процесу вирощування;

- дослідження механізмів росту гетероепітаксійних структур, а також вивчення впливу внутрішніх деформаційних напружень на їх оптичні властивості, що особливо суттєво при використанні альтернативних підкладок;

- розробки нових приладів, пошуком нових можливостей практичного застосування матеріалів на основі сульфіду та селеніду цинку.

Вирішення поставлених питань багато в чому пов'язано з розробкою комплексних методів дослідження, що дозволяють виявити енергетичне положення локальних центрів, які істотно впливають на оптичні та електричні властивості матеріалів, встановити їх природу, параметри і роль у процесах переносу заряду при ФЛ. Багато чого в цьому плані для об'ємних зразків можна зробити, поєднуючи традиційні виміри оптичних та електричних характеристик з одночасною реєстрацією їх спектрів ЕПР. Особливе значення тут можуть зіграти фоточутливі парамагнітні центри (ФПЦ), які доцільно використовувати в якості своєрідних зондів, що дають можливість безпосередньо простежити за процесами рекомбінації та захоплення носіїв заряду при ФЛ. Розроблена нами комплексна методика вимірів, що дозволяє за різних зовнішніх умов на одному зразку одночасно реєструвати спектри ЕПР, величину ФП, яскравість ФЛ у різних ділянках спектру і значення фото-е.р.с. (ФЕ), дозволяє дійти до суті процесів, що відбуваються в кристалах при ФЛ, одержати унікальну інформацію про локальні центри і механізми випромінювальної та .невипромінювальної рекомбінації в об'єктах, що досліджуються.

Важливе місце в роботі належить дослідженням електричних характеристик кристалів 2п8х8еі.х, а також вивчення змін в спектрах ЕПР і ФЛ пластично деформованих кристалів 2пБ.

Особливої уваги в" дослідженні надається вивченню оптичних та електричних властивостей епітаксійних плівок гпБе на підкладках СаАБ( 100), зрощених методом газофазної епітаксії (ГФЕ) та його модифікаціями: методами фотостимульованої ГФЕ (ФГФЕ) та

рентгеностимульованої ГФЕ (РГФЕ), а також розробка способів діагностики гетероепітаксійних та квантово-розмірних структур на основі сульфіду та селеніду цинку методами екситонної спектроскопії.

з

Актуальним завданням у дослідженні виступає опрацьовування ефективних технологічних способів одержання якісних гетероепітаксійних та квантово-розмірних структур, вивчення способів корування кристалічною досконалістю епітаксійних шарів та їх оптичних характеристик як після процесу вирощування шляхом спеціальної обробки зразків, так і під час процесу вирощування шляхом впливу на поверхню напівпровідникового шару, що зростає, лазерним або рентгенівським випромінюванням. Подальший прогрес у дослідженні, а також у практичному використанні гетероепітаксійних структур неможливий без істотних кроків у розвитку уявлень про вплив внутрішніх деформаційних напружень на оптичні характеристики плівкових зразків, про природу дефектних утворень та їх вплив на спектр екситонних станів в епітаксійних шарах, про механізми росту гетероепітаксійних структур при використанні методик із фотостимульованим та рентгеностиму-льованим засобом синтезу. Тому відповідні дослідження мають суттєве місце в даній роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами:

Дисертаційна робота виконувалась за планом науково-дослідних робіт Дніпропетровського державного університету відповідно до завдань: Координаційного плану АН УРСР на 1976-1980 рр., тема роботи № 17676, “Вивчення енергетичного спектру носіїв заряду в широкозоних напівпровідниках та розробка нових твердотільних систем обробки та відображення інформації”, звіт з НДР держ.реєстр. № 76032236 за 1978 р.; Координаційного плану АН СРСР на 1981-1985 рр. з проблеми люмінесценція і розвиток її застосувань в народному господарстві -постанова № 112346-48 від 25.11.81 р., шифр 1.6.3., тема роботи -“Дослідження властивостей матеріалів твердотільної електроніки з метою їх оптимального застосування”, звіт з КДР держ. реєстр. № 81081755 за 1983 р. і 1985 р.; Координаційного плану АН СРСР на 1986-1990 рр. з проблеми 1.3.3, - фізика твердого тіла, тема роботи № 1013, “Дослідження та розробка технології вирощування монокристалів для оптоелектроніки”, звіт з НДР держ. реєстр. № 0184000 6603 за 1987 р.; Постанова КМ СРСР № 547-114 від 28.04.88 р., тема роботи № 2341, “Комплексні дослідження електронних процесів у розмірно-обмежених структурах напівпровідникових з'єднань”, . звіт з НДР держ. реєстр. № 8У11081 за 1991 р.; ГКНТ України за темою 07.01.14/049-92 (постанова № 39 від 5.03.92 р.) - “Розробка технології вирощування гетероепітаксійних плівок та розмірно-обмежених структур з квантовими ямами на основі з'єднань АгВб методом фотостимульованої газофазної епітаксії та їх діагностики методами спектроскопії”, звіт з НДР № 63-92, держ.

реестр. № 01941101052 за 1994 р.; ГКНТ України за темою 06.01.00/014-95 (постанова № 45 від 25.02.95 р.) - “Обмежені структури з квантовими ямами на основі з'єднань А^Вб, отриманих методом фогостимульованої газофазної епітаксії та їх діагностика методом екситонної спектроскопії”, звіт з НДР № 131-95, держ. реєстр. № 0195Ш26480 за 1996 р.; наказу ДДУ № 686 від 15.12.95 р., тема роботи № 159-96 - “Вирощування розмірно-обмежених структур на базі з'єднань А2В6 та вивчення їх фундаментальних властивостей методами екситонної спектроскопії”, звіт з НДР держ. реєстр. № 0196Ш10268 за 1998 р.

Метою і задачами дослідженая було вивчення спектру енергетичних станів локальних рівнів у забороненій зоні монокристалів /ліБ: А1,Сг,Ре, які істотно визначають процеси рекомбінації та захоплення носіїв заряду при ФЛ, встановлення їх природи і параметрів. У процесі виконання роботи передбачалося використовувати комплексну методику дослідження, засновану на одночасній реєстрації інтенсивності випромінювання різних смуг ФЛ, величини ФП, значенні наведеної ФЕ та спектрів ЕПР ФІІЦ кристалів ЕпБ: А1, Сг, Ге за різноманітних зовнішніх умов. Для перевірки можливостей комплексного методу досліджень нами свідомо був обраний складний і унікальний об'єкт - монокристали 2пБ: А1, Сг, Не. У цих зразках одночасно контролювалася поведінка трьох різних ФПЦ: іонів Сг+, Ре3+ та А-центра, двох чітко відокремлених смуг ФЛ (^пах = 460 нм і л1ШІХ = 650 нм), а також величина ФГІ та значення ФЕ. У роботі передбачалося провести аналіз результатів комплексних досліджень за допомогою ЕОМ. Це дозволило б оцінити можливість реалізації альтернативних моделей рекомбінаційних процесів, вибрати найбільш стійке рішення, а на основі зіставлення експериментальних та розрахункових залежностей визначити параметри локальних центрів. Вперше за допомогою ЕОМ передбачалося провести прогнозування люмінесцентних характеристик кристалів ХпБ: А1, Сг, Ре при різних умовах їх одержання.

До завдання дослідження входило вивчення фотоелектричних характеристик монокристаллів 2нБх8еі.х, виявлення методами ТСЛ, ТСП і ТСЕ основних центрів, що визначають електричні властивості цих кристалів, а також аналіз можливості коригування електричних характеристик кристалів ZnSsScl.■( за допомогою різних видів термообробок. .

Передбачалося дослідження змін спектрів ЕПР та ФЛ в пластично деформованих кристалах 2п8: Еи; 2н8: А1, Сг, Ре; 2п8: АІ,Сг,Ре,Си. При цьому переслідувалась мета: на підставі огриманих експериментальних даних про перебудову крисіалічної структури, що відбувається при

пластичній деформації, аналізу змін спектрів ЕПР і ФЛ, іцо супроводжують цей процес, обгрунтувати методику визначення механізмів випромінювальної рекомбінації окремих смуг ФЛ.

У ході виконання роботи опрацьовувались можливості одержання високоякісних гегероегіітаксійних структур на основі сульфіду та селеніду цинку на підкладках СаЛБ( 100) методом ГФЕ та його модифікаціями: ФГФЕ та РГФЕ. Вперте методом ФГФЕ передбачалося синтезувати високоякісні гетероструктури 2п8е/СаЛ5(100), порівнянні за своїми характеристиками з аналогічними, але зрощеними методом МВЕ, а також квантово-розмірні структури таких типів як одиночна квантова яма ZnS-гпЗе-гпБ/ОаАяСЮО) та надграта 2п8/гп8е/ОаАз(ЮО). До завдання роботи входило докладно проаналізувати оптичні та електричні характеристики зрощених структур. Особливої уваги передбачалось приділити розгляду процесів, які протікають при зрощуванні епітаксійних шарів з'єднань А2Вб методом ФГФЕ та РГФЕ. Ставилося за мету експериментально довести можливість поліпшення кристалічної якості та коригування оптичних характеристик епітаксійних шарів 2п8е на ОаАя(ЮО) шляхом впливу на поверхню зрощеного напівпровідникового шару м'якого рентгенівського випромінювання та високого гідростатичного тиску.

На основі аналізу екситонних спектрів відбиття (СВ) та екситонної ФЛ епітаксійних плівок 2пБе на ОаА8(ЮО) планувалося проведення ,експрес-аналізу, що дозволяє оцінити якість синтезованих шарів, визначити розмір розщеплення валентної зони ZnSe на підзону “легких” і “важких” дірок, товщину епітаксійного шару, його рівномірність, а також значення тензора деформації.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Продемонстровані можливості комплексного методу досліджень,

заснованого на одночасній реєстрації при різних зовнішніх умовах оптичних, електричних характеристик кристалів А1, Сг, Ре та

спектрів ЕПР ФПЦ в них. Наступне моделювання процесів переносу заряду, що відбувається в кристалах гпБ: А1, Сг, Ре при ФЛ, на ЕОМ та порівняння експериментальних і розрахункових залежностей за великою сукупністю характеристик дозволяє визначити параметри і роль локальних центрів у процесі переносу заряду при ФЛ, встановити найбільш ймовірні механізми випромінювальної та невипромінюьальної рекомбінації, запропонувати зонну схему кристалофосфора.

2. Вперше проведено прогнозування таких оптичних характеристик кристалів 2пБ: А1, Сг, Ре як спектри ФЛ та кінетики розгорання яскравості різних смуг ФЛ в максимумах спектральної характеристики при

варіюванні умов одержання зразків. Результати прогнозу підтверджені експериментально. .

3. Досліджені електричні характеристики кристалів 2п8х8еі.х. Методами ТСЛ, ТСП і ТСЕ виявлені центри, що істотно визначають тип провідності цих кристалів. Показано, що за допомогою спеціальних термообробок у розплаві Zn або Бе, що змінюють стехіометрию кристалів 2п8ч8еі.х, у зразках із 0 < х < 0,4 можна стабілізувати як п-, так і р- тип провідності відповідно.

4. Вперше на основі залежності інтенсивності випромінювання

різних смуг ФЛ від ступеня пластичної деформації кристалів гпБ запропонована методика визначення механізмів випромінювальної рекомбінації. При цьому на підставі вивчення змін спектрів ЕПР різних локальних центрів (Еи2+, А-центр) від ступеня пластичної деформації кристалів 2пБ із різними домішками і дефектами встановлено, що незалежно від законів, за якими змінюється локальна симетрія різних аксіальних парамагнітних центрів на кубічну, переорієнтація зразків гпБ у стабільну кубічну ЗС-модифікацію відбувається при ступені пластичної деформації є =18-г20%. .

5. Встановлено вплив технологічних параметрів росту на

кристалічну структуру та оптичні властивості епітаксійних шарів ZnSe на СаА5(100), зрощених методом ГФЕ та його модифікаціями: ФГФЕ та РГФЕ. Показано можливість одержання цими методами різних типів гетероструктур гпБе (п, р)ЛЗаАз (р, п). Проаналізовано фізичні процеси, що протікають при зрощуванні епітаксійних шарів гпБе на ОаАз(ІОО) методами ФГФЕ та РГФЕ. Закладено основу моделі процесу фотостимульованого епітаксійного росту з'єднань АгВб у струмі водню з газової фази. ■

6. Вперше показано можливість поліпшення кристалічної якості і коригування оптичних властивостей епітаксійних шарів 2п8е на СаА5(100) шляхом впливу на поверхню синтезованого напівпровідникового шару м'якого рентгенівського випромінювання та високого гідростатичного тиску.

7. Отримані нові експериментальні дані про зміни екситонних спектрів ФЛ та СВ в епітаксійних плівках ЕпБе наОаА^ІОО) із різною товщиною синтезованого шару, значення якого визначає розмір і характер внутрішніх деформаційних напружень. На основі аналізу оптичних характеристик зрощених гетероструктур методами екситонної спектроскопії визначені розміри розщеплення валентної зони 2пБе на підзону “легких” та “важких” дірок, товщини синтезованого шару та значення тензора деформації. Проведені дослідження дозволяють також

контролювати і рівномірність товщини епітаксіґшого шару. Вперше методом ТСД досліджено енергетичний спектр глибоких центрів в епітаксійних шарах 7п8е на ОаА5(ЮО), які в першу чергу визначають їх електричні властивості.

8. Вперше методом ФГФЕ синтезовані квантово-розмірні структури типу одиночна квантова яма 7,п8-2п8е^п8/ОаА5( 100) та надграта 2п8/2п8е/ОаАз(100), а також досліджені їх оптичні характеристики.

Достовірність та обгрунтованість отриманих результатів забезпечується комплексним характером методів дослідження, при яких експериментальні дані ретельно проаналізовані, а там де існували відповідні можливості, вони були порівняні з результатами, одержаними іншими методами. Про достовірність отриманих результатів свідчить також їх відтворюваність та теоретична обгрунтованість, співпадати деяких результатів з даними, отриманими іншими дослідниками.

Практичне значення одержаних результатів роботи пов’язано з детальним аналізом можливостей комплексних методів досліджень, що поєднують у собі класичні виміри оптичних та електричних характеристик монокристалів із гідностями методу ЕПР. У результаті виконання роботи промодельовані процеси переносу заряду при ФЛ у такому складному кристалі як гпБ: А1, Сг, Ре на ЕОМ, а також спрогнозовані оптичні характеристики цих кристаллофосфорів при різних умовах їх одержання. ,Важливе значення мають результати досліджень, пов'язані з керуванням типом провідності кристалів гп8х8еі_х шляхом зміни стехіометрії зразків у складах із 0 - < х < 0,4, а також можливість одержання різних гетеропереходів типу гп8е(п,р)/ОаАз(р,п) методом ГФЗ, досить простим у реалізації, економічним для масового виробництва та дуже надійним з точки зору відтворення отриманих результатів. Велике практичне значення має запропонована методика визначення механізмів випромінювальної рекомбінації в кристалах Еп8 на підставі аналізу залежностей інтенсивності випромінювання різних смуг ФЛ від ступеня пластичної деформації.

Подальше удосконалення методу ГФЕ та його модифікацій (ФГФЕ та РГФЕ) дозволило вперше здійснити синтез гетероепітаксійних та квантово-розмірних структур на основі ХиБ та ?п8е високої оптичної якості. Важливість цього результату пов'язана з тим, що дотепер квантово-розмірні структури таких типів як одиночна квантова яма та надграта на основі з'єднань А2Вв зрощувалися тільки такими складними технологіями як МВЕ, МОС\Т), МОУРЕ або АЬЕ. Практичне значення мають запропоновані способи поліпшення кристалічної якості та оптичних характеристик епітаксійних шарів ZnSe на СаАвПОО) шляхом

впливу на поверхню синтезованого шару м'якого рентгенівського випромінювання та високого гідростатичного тиску, а також експериментальні можливості визначення розміру розщеплення валентної зони гпБе, товщини шару та значення тензора деформації на підставі аналізу екситонних СВ та екситонної ФЛ.

У роботі розглянуто можливості практичного використання епітаксійних плівок ZnSe у якості багатофункціональних покриттів сонячних елементів. На основі гетероструктури ЕпБеАЗаАзООО) розроблені датчики газового утримування середовища. Застосування епітаксійних варизонних структур на основі з'єднань гпБе та ZnTe дозволило розробити нові датчики іонізуючого випромінювання.

Особистий внесок здобувана роботи в одержанні наукових результатів. .

Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Зокрема їм зроблено:

- самостійно сформульовані завдання та цілі дисертаційної роботи;

. - вивчені процеси переносу заряду в кристалах гпБ: А1, Сг, Ре,

проведено моделювання процесів переносу заряду в цих кристалах при ФЛ на ЕОМ, встановлені параметри центрів рекомбінації та захоплення, визначені механізми випромінювальної рекомбінації окремих смуг ФЛ, а також промодельовані зміни спектрів ФЛ та кінетики розгорання окремих смуг ФЛ в цих кристалах за різних умов їх одержання;

- розроблено і виготовлено експериментальну установку для дослідження електричних характеристик високоомних кристалів та гетероепігаксійних структур, вивчені електричні властивості кристалів гпЗхБеї.х та гетероструктур гпБе/ОаАз (100);

- досліджено зміни спектрів ФЛ і ЕПР в пластично деформованих кристалах ZnS: Еи; ZnS: А1, Сг, Ре; гпБ: АІ, Сг, Ре, Си. Запропоновано методику визначення механізмів випромінювальної рекомбінації на підставі аналізу залежності інтенсивності випромінювання окремих смуг ФЛ від ступеня пластичної деформації кристалів ZnS;

- виготовлено експериментальну комп’ютеризировану установку, відпрацьовано технологію зрощування, а також самостійно проведені всі технологічні експерименти щодо синтезу гетероепітаксійних плівкових структур, у тому числі і квантово-розмірних методами ГФЕ, ФГФЕ та РГФЕ. Вперше методом ФГФЕ отримані структури типу одиночна квантова яма-гп8-2п8е-2п8/ОаА5(ЮО) та надграта - гиБ^пБе/СаАз (100);

- встановлено вплив внутрішніх деформаційних напружень на екситонні СВ та екситонні спектри ФЛ гетероструктур 2п8е/ОаА5(ЮО). Показано можливості експрес-контролю за товщиною епітаксійного шару

та його рівномірністю, розміром розщеплення валентної зони ZnSe та значенням тензора деформації на підставі аналізу цих оптичних характеристик гетероструктур ZnSe/GaAs (100);

- досліджено вплив гідростатичного тиску та м'якого рентгенівського випромінювання на фізичні характеристики гетероепітаксійних структур ZnSe/GaAs (100). Запропоновано основу моделі фотостимульованого епітаксійного росту з'єднань А2В6 у струмі водню з газової фази на підкладках GaAs (100);

- розроблені та виготовлені деякі прилади, що використовують у якості робочого тіла гетероепітаксійні структури на основі з'єднань A2Bfi;

- взято активну участь в обробці та інтепретації результатів дослідження щодо вивчення оптичних характеристик квантово-розмірних структур;

- виконано основну роботу з написання наукових статей, що входять до переліку публікацій щодо дисертації. У роботах, наведених у загальному списку під номерами [12, 32 - 33] внесок автора перебував у зрощуванні зразків для дослідження. Автор зрощував зразки для досліджень та брав рівноправну участь в одержанні результатів та їх інтепретації разом із співробітниками ІФ НАН України, що є авторами інших спільних робіт, відзначених у загальному списку під номерами [9,

11, 18 - 19, 23 - 24, 28]. Роботи [17, 27, 30 - 31] виконані автором самостійно. У роботах [2 - 4, 6 - 7, 10, 13 - 16, 20 - 22, 25 - 26, 29] автору дисертаційної роботи належить постановка завдань досліджень, зрощування зразків, рівноправна участь у дослідженнях, обговоренні отриманих результатів і висновків. У роботі [1] автор виконував дослідження щодо вивчення спектрів ЕПР іонів Еи2+ в пластично деформованих кристалах ZnS: Eu, а також брав рівноправну участь в обговоренні отриманих результатів. При виконанні роботи [5] автор проводив дослідження з виміру наведеної ФЕ, спектральної залежності холловської е.р.с. в кристалах ZnSxSei.x та брав участь в обговоренні отриманих результатів. У роботі [8] автор проводив дослідження щодо вивчення спектрів ФЛ епітаксійних плівок ZnSe на GaAs (100), що піддаються впливу м'якого рентгенівського випромінювання, а також брав рівноправну участь в обговоренні отриманих результатів та їх інтепретації.

Апробація результатів дисертації: Результати дисертаційної роботи обговорювались на 36 міжнародних, всесоюзних та республіканських наукових конгресах, конференціях та нарадах: International symposium luminescent detectors and transformers of ionizing radiation (Riga, Latvia, 1991), International Symposium Luminescent Detectors and Transformers of Ionizing Radiation (Tallinn, Estonia, 1994), Международная конференцій

по люминесценции (Москва, 1994), 7-th International Conferences of Superlattices, Microstructures and Microdevices (Banff, Canada, 1994), International Conference of Optical properties of Nanostructures (Sendai, Japan, 1994), First International conference on material science of of chalcogenide and diamond-structure semiconductors (Chemivtsi, Ukraine, 1994), SPlE’s International Symposium on optoelectronic, Microphotonic and Technologies. "Photonics West’95" (San Jose, USA, 1995), SPIE's International Symposium on Lasers, Optoelectronics and Microtonics (Beijng, China, 1996), 28-th Congress Ampere (Cantenbury, UK,1996), 10-th

International Conferences on Superlattices, Microstructures and Microdevices (Lincoln, USA, 1997), E-MRS Spring meeting (Strasbourg, France, 1998), IV Ukrainion-Polish meeting on “Phase transitions and ferroelectric physics” (Dnepropetrovsk, 1998); VI Всес. конф. по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов (Краснодар, 1979), Всес. конф. "Материалы для оптоэлектроники" (Ужгород, 1980), И Всес. сов. по глубоким центрам в полупроводниках (Ташкент, 1980), Всес. конф. "Физика диэлектриков" (Баку, 1982), V Всес. сов. "Физика и техническое применение полупроводников А2В0" (Вильнюс, 1983), XXX Всес. конф. по люминесценции (Ровно, 1984), V Всес. сов. "Синтез, свойства, исследования, технология и применение люминофоров" (Ставрополь, 1985), Всес. сов. "Люминесцентные методы исследования в сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности" (Минск, 1985), Расширенное заседание секции научного совета по люминесценции АН СССР (Тарту, 1985),' 7 Всес. конф. по росту кристаллов (Москва, 1988), Всес. сов. "Экситоны в полупроводниках-88" (Вильнюс, 1988), Всес. конф. "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" (Ташкент, 1989), Всес. сов. "Физика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, 1989), Всес. конф. "Интегральные преобразователи неэлектрических величин" (Баку, 1989), II Всес. конф. по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад, 1991), Всес. конф. "Материаловедение халькогенидных полупроводников" (Ужгород, 1991), Всес. сов. "Физика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, 1992), Всес. конф. по росту кристаллов (Харьков, 1992); Рос. научно-тех. • конф. по физике диэлектриков "Диэлектрики - 93" (Санкт-Петербург, 1993), Всерос. научно-тех. конф. "Датчики и преобразователи информации систем измерения контроля и управления" (Гурзуф, 1994); Респ. конф. "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" (Ужгород, 1979г.), Укр. конф. "Фізика і технологія тонких плівок складних напівпровідників" (Ужгород, 1992), II Укр. конф. "Матеріалознавство і фізика

напівпровідникових фаз змінного складу" (Нежин, 1993), Ювілейна наукова конф., присвячена 40-річчю фізичного факультету ДЛУ (Львів, 1993).

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи знайшли своє повне відображення в опублікованих 95-ти наукових роботах. До цього переліку робіт не входять ті роботи, які були використані при захисті дисертаційної роботи на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук. Серед цих робіт: 47 - тези доповідей на різноманітних конференціях, 13 - статті, опубліковані в наукових збірниках, депоновані роботи тощо, 35 - статті, опубліковані в наукових журналах. До основних публікацій щодо дисертаційної роботи належать 33 статті, які наведені в списку публікацій основного змісту дисертації.

Структура дисертації. Дисертація включає вступ, вісім розділів, висновки, 95 малюнків на 74 стор., 20 таблиць на 29 стор., список використаних джерел з 425 найменувань на 46 стор. Повний обсяг дисертації - 358 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено об’єкти, тему та задачі дослідження, подано загальну характеристику роботи.

, Перший розділ присвячено літературному огляду результатів попередніх досліджень фізичних характеристик монокристалів та гетероепітаксійних плівкових структур на базі сульфіду та селеніду цинку. У розділі наведено інформацію про основні параметри монокристалів 2пБ і ХпБе, подано характеристику сучасних методів дослідження процесів переносу заряду, які відбуваються в таких матеріалах при ФЛ. Особливу увагу звернено на комплексні методи дослідження, зв’язок між питаннями, пов’язаними з вивченням оптичних та електричних властивостей кристалів та аналізом процесів локалізації, рекомбінації носіів заряду, що відбуваються на конкретних локальних центрах. Визначення параметрів та природи цих утворень, їх ролі у процесах переносу заряду виступає головним критерієм ефективності методики дослідження. В огляді проаналізовано можливості отримання кристалів гпБ і 2пБе як з п-, так із р-типом провідності, ретельно обговорені процеси перебудови кристалічної структури монокристалів гпБ в одноорієнтований сфалерит, що відбуваються внаслідок пластичної деформації зразків. .

Суттєва частина літературного огляду присвячена аналізу оптичних

та електричних властивостей гетероепітаксійних структур ZnSe / GaAs (100) та квантово-розмірних структур на основі сульфіду та селеніду цинку, зрощених методами ГФЕ, МВЕ, MOCVD, MOVPE, ALE. У цьому напрямку накопичено непогоджені та суперечливі фізичні уявлення щодо природи дефектів кристалічної грати, відповідних за локалізацію екситонних станів, впливу внутрішніх деформаційних напружень на енергетичний спектр екситонних смуг ФЛ та СВ, можливості впливу на якість кристалічної структури та оптичні властивості епітаксійної плівки шляхом додаткового фотозбудження напівпровідникового шару в процесі його зрощення.

На підставі аналізу літературних даних проведено необхідне обгрунтування задач дослідження та визначено місце дисертаційної роботи в колі актуальних проблем, пов’язаних з теоретичними та практичними питаннями щодо отримання якісних монокристалів та геіероепітаксійних структур на основі сульфіду та селеніду цинку із прогнозованими оптичними та електричними властивостями.

Другий розділ присвячено комплексним дослідженням процесів переносу заряду при ФЛ в кристалах ZnS: А1, Сг, Fe. Вони базуються на одночасному вимірі спектрів ЕПР, яскравості ФЛ, величин ФП та ФЕ на одному зразку при різних зовнішніх умовах, а саме: збудженні кристалів різними інфрачервоними (14) підсвічуваннями, які діють на фоні постійного УФ випромінювання; моделюванні відповідних процесів переносу заряду на ЕОМ та зіставленні експериментальних та розрахункових залежностей. ’

Проведено обговорення методу зрощення кристалів, проаналізовано спектри ЕГ1Р, ФЛ, поглинення зразків, відібраних для дослідження. Описано експериментальну установку, яку було виготовлено на базі радіоспектрометра РЕ 1301 та оснащено резонатором спеціальної конструкції, а також методику проведення експериментів.

На першому етапі комплексних досліджень було проаналізовано залежності населеності трьох ФПЦ: іонів Cr+, Fe3+ та A-центра, яскравості ДВОХ смуг ФЛ (Я-тах = 460 нм, Хшах = 650 нм), величин ФП та ФЕ у випадку, коли на фоні постійного УФ збудження на зразки додатково впливало друге джерело випромінювання - 14 підсвічування із різними енергіями квантів світла. Аналіз отриманих результатів дає підстави для запропонування зонної схеми кристалів ZnS: А1, Cr, Fe, а також встановлення енергетичного положення та ролі локальних центрів, які, в основному, визначають процеси переносу заряду при ФЛ. На другому еіані комплексних досліджень одночасно вимірювались кінетики вищевказаних величин при увімкненні та вимкненні 14

підсвічування із різними енергіями квантів світла, яке діяло на фоні постійного УФ збудження кристалів гпБ: АІ, Сг, їїе (рис. І). Відповідно до запропонованої зонної схеми досліджені процеси були описані системою диференційних кінетичних рівнянь, а необхідне рішення було отримано за допомогою ЕОМ. Під час аналізу системи диференційних рівнянь на ЕОМ параметри локальних центрів та механізми рекомбінаційних процесів змінювались. Таке моделювання дало можливість перевірити

Рис. 1. Експериментальні (а) та розраховані на ЕОМ (б) кінетики ФП (а/оо), ФЛ (Шо), ФЕ (и/ио) та концентрації ФПЦ (п/По) в кристалах ЕпБ: АІ, Сг, Ре: 1 - увімкнення УФ збудження; 2, 4 - увімкнення 14 підсвічування із енергією квантів 0,6 і 1,1 еВ відповідно; 3,5 -вимкнення 14 підсвічування. Т - 77 К.

імовірність реалізації альтернативних моделей, забезпечити вибір найбільш правильного рішення, а на підставі зіставлення експериментальних та розрахункових залежностей за достатньо великою сукупністю характеристик та їх найкращого збігання (рис. 1) визначити параметри локальних центрів: ефективні перерізи захвату для електронів та дірок, імовірності звільнення носіів заряду. Отримана інформація у свій час дає можливість прогнозування за допомогою ЕОМ зміни в спектрах ФЛ та кінетиках розгорання окремих смуг ФЛ в максимумах спектральної характеристики в тих випадках, коли концентрація однієї з домішок: А1, Сг, Ре, змінюється за умов збереження незмінними концентрацій двох інших домішок; або коли одночасно змінюється концентрація двох домішок: А1 та Сг, А1 та Ре, Сг та Ре, а концентрація третьої домішки залишається незмінною. Отримані результати було перевірено на кристалах 2п8: А], Сг, Ре, що піддавалися спеціальним термообробкам, внаслідок яких концентрація домішок у зразках змінилася, що було підтверджено завдяки аналізу спектрів ЕПР. Теоретичні розрахунки стосовно змін оптичних властивостей кристалів 2п8: А1, Сг, Ре, які можна очікувати внаслідок зміни концентрації домішок у них, було підтверджено експериментальними дослідженнями.

У третьому розділі вивчено електричні властивості кристалів 2п8х8еі.х та проаналізовано особливості змін спектрів ЕПР та ФЛ у пластично деформованих кристалах 2п8.

Експериментальні результати щодо одночасного вимірювання спектрів ЕПР та значення ФЕ у кристалах 2п8х8еі.х за різних зовнішніх умов, а саме: увімкнення 14 підсвічування із різними енергіями квантів світла в той час, коли відбувалось вимкнення УФ збудження зразків, дає можливість зробити висновок щодо зміни співвідношення між донорними та акценторними центрами в цих кристалах із зміною х. Встановлено, що у зразках із 0 < х < 0,4 це співвідношення змінюється на користь акцепторних рівней, що обумовлює спостереження в них як темпової, так і фотонаведеної провідності р-типу. Такі висновки повністю підтверджені дослідженнями спектральної залежності е.р.с. Холлу в кристалах ZnSv.Se і.* (рис.2), ФЕ та ТСЕ. Енергетичний спектр локальних центрів, який обумовлює електричні властивості та тип провідності кристалів 2п8х8еі.х, було досліджено методами ТСЛ, ТСП, ТСЕ. Деякі результати цих досліджень наведено на рис. 3. На підставі зіставлення результатів, отриманих різними методами було доведено, що метод ТСЕ характеризується більшою розрізнювальною здатністю порівняно з методами ТСЛ та ТСП. Показано, що енергетичну глибину локального центру за методом ТСЕ можна розрахувати, використовуючи наступний

1,0

0,Ь

0,2 О -°,2.

Рис. 2. Спектральна залежність е.р.с. Холла в кристалах 2п8х8еі_х: х = 1 (1), х = 0,5 (2), х = 0,4 (3), х = 0 (4). Т = 300 К.

Рис. 3. Залежності ТСЕ (1-3), ТСП (4) та ТСЛ (5) в кристалах 2пБе (1), гпБол 8ео?б (2) та 7пБ (3 - 5).

вираз:

АЕ = к ((Т, Т2) / (Т, - Т2)) 1п ((Ь, Т2) / (Ь2 ТО), (1)

де к - стала Больцмана; Ті, Т2 - значення температур для одного й того ж екстремума ТСЕ при різних швидкостях підігріву Ьі та Ь2. Окрім енергетичного спектру локальних центрів, досліджено рухливість вільних носіїв заряду, питомий опір кристалів гп8х8еі.х. Встановлено, що завдяки термообробці зразків 2п8х8е1.х, із 0 < х < 0,4 в розплаві протягом 5 годин при Т = 500 -ь 900 °С в них стабілізується п-тип провідності, а при термообробці в розплаві Бе за тих же самих умов - р-тип провідності.

Вивчено зміни в спектрах ЕПР та ФЛ пластично деформованих кристалів 2п8: Ей; 2п8: А1, Сг, Ие; 2п8: А], Сг, Бе, Си. Показано, що назважаючи на присутність домішок (наприклад Еи), які суттєво впливають на значення параметра кристалічної гратки та її структу ру, при цьому мається на увазі співвідношення між кубічною та аксіальною об’ємними частками кристалів 2п8, а також тих домішок, які утворюють в кристалах ZnS складні асоціації точкових дефектів (А-центр), або асоціації донорно-акцепторних пар (Си), перебудова кристалічної структури монокристалів 7п8 у стабільну кубічну ЗС-модифікацію відбувається при ступені пластичної деформації є = 18-20 %. Локальна симетрія парамагнітних центрів за цієї перебудові може здійснюватися як' за лінійними законами (А-центр), так і за нелінійними (іони Еи2+). Останнє залежить від рівномірності розчинювання домішок у кубічній та аксіальній частках кристалічної структури, здатності домішок утворювати додаткові комплекси, наявність яких не може бути проконтрольована методом ЕПР.

Вперше процеси перебудови кристалічної структури кристалів ZnS при пластичній деформації зразків були використані для аналізу механізмів випромінювальної рекомбінації. Доведено, що оскільки при пластичній деформації є = 18 - 20 % в кристалах ZnS відносно один одного переміщується приблизно до 50 % моношарів, інтенсивність спектральних смуг ФЛ, пов’язаних з рекомбінацією на донорно-акцепторних парах, після такої деформації теж має зменшуватись приблизно до 50 % відносно початкової інтенсивності. Така залежність відбувалась із смугами ФЛ Я,пах= 465 нм та Я.тах = 525 нм в кристалах 'Іп$: А1, Сг, Ре, Си. З другого боку, збільшення величини провідності в пластично деформованих кристалах гп8 призводило до підвищення інтенсивності рекомбінаційних процесів, пов’язаних з рекомбінацією вільних носіїв заряду: смуги ФЛ з лшах = 460 нм та Хт.,\ = 650 нм в ZnS: А1, Сг, Ре. З метою отримання більш повної картини було також проаналізовано зміни у спектрах ФЛ пластично деформованих

кристалах гпБ: Мп. Відомо, шо потужна смуга ФЛ з А™,* = 525 нм в цих кристалах пов’язана із внутрішніми переходами в іоні Мп2+. Прн пластичній деформації є = 18 - 20 % інтенсивність цієї смуги ФЛ теж зменшується, але до рівнів значно менших ніж 50 % відносно початкової інтенсивності. Крім того, значення цього рівня залежать від концентрації іонів Мп, а саме: 10 % - для концентрації Мп ~ 10'2 та 25 % - для концентрації Мп ~ 10'3.

Четвертин розділ роботи присвячено зрощуванню та дослідженню фізичних характеристик епітаксійних плівок гпх8еі.х, а також квантово-розмірних структур на основі сульфіду та селеніду цинку на підкладках ОаАв (100). Описано модифікації виготовлених ростових установок та технологічні параметри, при яких відбувається зрощування гетероепітаксійних структур методами ГФЕ, ФГФЕ та РГФЕ. Проаналізовано рівняння відповідності парціальних тисків і констант рівноваги для опису росту бінарних сульфоселенідних шарів. Особливу увагу відведено питанням, пов’язаним з відбіром підкладок СаАя (100) для подальшого зрощення квантово-розмірних структур. За допомогою електронного та люмінесцентного мікроскопів, рентгенодифракційного аналізу досліджено кристалічну структуру та морфологію поверхні синтезованих епітаксійних шарів (рис. 4). Доведено, що в залежності від технологічних параметрів зрощування, можуть бути отримані полікристалічні, текстуровані та монокристалічні плівки 2пБе на ваАз (100). Запропонована гістограма, що відображає співвідношення спектральних смуг крайової (Хтах = 460 нм) та самоактивованої (А™,х = 610 нм) ФЛ епітаксійної плівки гпБе як функції витрати газу-носія (Н2) при фіксованій температурі підкладки ваЛя (100). У цьому розділі таку гістограму наведено для порошку гпБе фірми "Мегск", завдяки використанню якого було отримано кращі епітаксійні гетероструктури. Для інших типів джерел ZnSe відповідні гістограми приведені в 8-ій главі. Завдяки цим гістограмам визначені оптимальні технологічні параметри зростання, при яких епітаксійні плівки мають виключено крайову ФЛ, а методика зрощування дає можливість отримувати якісні зразки з відтворюваними оптичними властивостями.

П’ятий розділ присвячено питанням діагностики гетероепітаксійних структур 2п8е/ОаАБ (100) методами екситонної спектроскопії та за допомогою електричних вимірів. Проаналізовані ефекти пружніх деформаційних напружень в епітаксійному шарі, обумовлені впливом альтернативної підкладки та розбіжністю в значеннях коефіцієнтів теплового розширення шару та підкладки! Відомо, що при товщині епітаксійної плівки 2пБе із (1 < 0,88 мкм має місце деформація стиску,

У г і 18 І. ' ■ а п2е Iі* 2п8е | Р 220^ їаЯ5 Щ • 3 р ’ •' ■ і ЇШ.., ' з

/5‘ V 1 ’52' 17°50' 2Є°30' ЗІ°47' І. пБе 5 гпЄе гп8е 220й 511 200в * 1 р Пі >4°59' ІоЛї ЧООр оц І-ГЦ|

І5°55’ П°Ь0‘ 26°ЗСГ Зі°47 Д/І“ і 7 с і 2п2е 200в Ш* | > . '3' ЗГ591 ’ ..Ішм 'щшшщ

І5°55‘ і?°50' Ък°5Ь' ;-г/і0 г ' (?ай$ - 400 2№ * №59’

17°ЪО' 54°5\5' Ы°5Э' -Є,гро0

Рис. 4. Штрих-діаграма рентгенодифракційіюго аналізу плівок ^пБе на підкладках ваЛь (100) та результати вивчення морфології поверхні, отримані за допомогою електронного мікроскопу: а - полікристалічна, б -текстурована, в - гостротекстурована, г - монокристалічна плівка; масштаб маркеру на фотографіях - 10 мкм.

викликана гратковою розбіжністю сталих кристалічних грат шару і підкладки. Ця деформація розщеплює стан Г8 на підзони "важких" (Іііі) та"легких" (Ні) дірок із позитивним зсувом центру ваги мультиплету Р3/2 відносно зони провідності. Величину розщеплення валентної зони позначимо як 2Ае, а зсуви підзон "важких" та "легких" дірок - АЕ0(1) га ДЕ0(2) відповідно. При товщинах епігаксійної плівки 7пБе із сі > 0,88 мкм має місце деформація розтягу, обумовлена розбіжністю коефіцієнтів теплового розширення шару та підкладки, зсуваюча підзони "важких" та "легких" дірок до зони провідності. У спектрах ФЛ та екситонних СВ епітаксійних плівок при цьому спостерігається розщеплення одинокої смуги вільного екситону (Ех) на екситонні лінії, пов’язані з "важкими" та "легкими" дірками (Еьь та Еш відповідно):

ЕЬЬ = ЕХ + АЕ0(1), (2)

Еш = Ех + ДЕ0(2). , (3)

Виходячи з того, що енергія зв’язку екситонів поблизу точки к = 0 слабко залежить від ефективних мас дірок та в силу припущеної сорозмірності рідбергерів (Я|,Ь = Кін) енергетичну різницю екситонних термів (Еьь ■ Еіь) ми розглядали як еквівалент розщеплення валентної зони 2Де. У свою чергу рівняння для визначення 2Де можно звести до простого виду:

2Ае = - 2 Ье (Сп + 2С,2) / Сц = -А' е, (4)

де Ь - потенціал деформаційного зсуву для тетрагональної симетрії, Сі і та С)2 - коефіцієнти твердості, е - тензор деформації. Проаналізувавши всі відомі значення для сталих Ь, Сц та Сі2) ми встановили, що константа А в рівнянні (4) має значення в межах 4,4037 -г 5,7398. Тоді, вимірюючи енергетичну різницю в положенні ЕііЬ та Ещ екситонів за даними спектрів ФЛ та СВ, отримаємо значення для величини енергетичного розщеплення валентної зони. Далі за допомогою рівняння (4) знайдемо значення тензору деформації, а за відомою залежністю <і = Де) маємо можливість розрахувати і товщину плівки (Шобудовані функції 2Ае = ґ (е) та 2Ае = Г (сі) співпадають з експериментальними дослідженнями, в яких товщину плівки було виміряно за допомогою електронного мікроскопу (рис. 5). Для оцінки рівномірності епітаксіґшого шару необхідно провести виміри оптичних властивостей плівки в різних точках поверхні.

Описано виготовлену установку щодо досліджень електричних властивостей високоомних гетероструктур методами ТСТ та ТСД. Досліджено енергетичний спектр локальних центрів, що обумовлюють

електричні властивості епітаксійних плівок ZnSe на ваАз (100). Методом Ван дер Пау вивчено вплив домішок Zn, Оа, А1, АІСЬ на питомий опір, рухливість та концентрацію вільних носіїв заряду. Показано, що збільшення парціального тиску Бе в зоні росту епітаксійних плівок ZnSe забезпечує зсув типу провідності напівпровідникового шару в бік р-типу. Цей тип провідності можна застабілізувати за допомогою домішки Іл. Отримано всі типи гетероструктур ZnSe (п, р) / ваАБ (р, п) та проаналізовано сім’ю їх ВАХ.

Рис. 5. Залежність величини розщеплення валентної зони 2Дс в плівках ZпSe, зрощених на підкладках ОаАз (100), від тензора деформації (а) та товщини шару (б). На вставках: (1 = 0,56 (1); 0,55 (2); 0,54 (3); 0,52 (4) мкм.

Шостий розділ присвячено дослідженню зовнішніх впливів на оптичні властивості та кристалічну структуру плівок гпБе на СаА5(1()0) Експериментально показано, що м’яке рентгенівське випромінювання

о

(А-тах ~50-70 А, Р ~ 5 105 Вт/см2, термін впливу - 5 хвилин) та високий гідростатичний тиск (Р ~900 МПа, термін впливу - 72 годиііп) покращує кристалічну структуру та оптичні властивості гетероепітаксійних плівок ZnSe на підкладках СаАз (100). На це вказує аналіз даних рентгенодифракційних досліджень та зміни в спектрах ФЛ відповідних зразків. Вивчено фізичні процеси, які відбуваються в реакторі при зрощуванні гетероепітаксійних структур 7ліБе / СаАз (100) методами РГФЕ та ФГФЕ. Аналіз зіставлення властивостей епітаксійних плівок гпБе на ваАв (100), зрощених методами ФГФЕ (джерело збудження -Не-С(і лазер, 1іу = 2,807 еВ, Р = 1,5 мВт/см2) та РГФЕ (джерело

о

збудження Сика, =1,542 А, Р=1-3 мВт/см2) з властивостями плівок 2п8е, які були зрощені при тих же самих технологічних параметрах .синтезу, але методом ГФЕ, має подібний характер. Виходячи з цього надамо уваги порівнянню спектрів ФЛ, збуджених Не-Ссі лазером, та екситонних СВ трьох зразків: перший, зрощений методом ГФЕ прн температурі підкладки Т = 256 °С, витрата газу-носія (Ні) ~ 0,2 л/хв, швидкість зрощування ~ 1,7 мкм/год. товщина шару (1 ~ 0,55 мкм; другий, зрощений при тих же самих технологічних параметрах, але методом ФГФЕ; третій, зрощений як і попередній при тих же умовах методом ФГФЕ з товщиною шару (1 ~ 3,5 мкм; зразки а), б), в) відповідно (рис. 6). Такий підбір зразків, з одного боку, дозволяє побачити різницю у спектрах ФЛ та СВ, обумовлену процесами фотостимуляції епітаксійного зростання, а з другого боку, підкреслити ті зміни в оптичних властивостях, які обумовлені різними за характером внутрішніми деформаційними напруженнями. Експериментально доведено, що в цих зразках має місце розщеплення смуги вільних екситонів на смуги Ем та Ец,, крім того в них виділено такі лінії зв’язаних екситонів: І2(О0,Хьн) -Са, і[(А°,ХЬЬ ) - Ка, IIе ( А°,ХЬЬ) - Іл, І, ( А°,ХЬІ1) - У2п, 1^ ( О0,Х|іЬ )

- Са, 1% (0°,ХШ) - Оа, І3 (0+,ХЬЬ) - Оа, і}(А°,ХШ) - Р, І? (А°,ХШ) - Си. У зразках також реєструвалась лінія Іу - результат неекситонної рекомбінації, можливо на місці Бе; під екстремумом Ь - ЬО ми мали на увазі лазерну репліку; максимуми 1-6 - так звані двоелектронні переходи; а екстремуми 7-12 - фотонні повторення. Той факт, що в зразках б) та в) відбувається розщеплення лінії І2 на дублет І->о та , який був

Рис. 6 Спектри екситонної ФЛ (I) та СВ (2) плівок ZnSe на GaAs (100) иргнки а. б і в відповідно). T - 4.5 К'.

пов’язаний з нейтральним донором Оа в залежності від ефективних мас дірок підтверджується енергетичним положенням двоелектронних переходів. Вони обумовлюють випромінювальну ФЛ зв’язаного екситона, який, в свою чергу, знаходиться у збудженому стані 2б, 2р, Зр. Зіставлення характеристик зразків а) і б) вказує, що при зрощуванні гетероструктур гпБе / СаАэ (100) методом ФГФЕ їх кристалічна структура та оптичні властивості покращуються. Збільшується дзеркальність поверхні, зменшується напівширина та збільшується інтенсивність дифракційного

максимуму, обумовленого піком 2п8е^оор- В СВ з’являється екситонний стан із квантовим числом п = 2, а • в спектрах ФЛ зменшується інтенсивність екситонних смуг, пов’язаних із структурними дефектами (Іу та її), збільшується інтенсивність смуг вільних екситонів (Еьь та Ец,). Такі ефекти виступають наслідками резонансного збудження Не-Ссі лазером напівпропідникового шару 2п8е під час його зрощування, утворенням вільних е-1і пар та збуренням эр3 - конфігурації. При цьому система з основного незбудженого стану переходить в збуджений стан, а розсіювання енергії збудження проходить через иевипромінювальну рекомбінацію е-Ь пар. Переважний канал дисипації енергії має місце через поступовий рух, тобто міграцію атомів по поверхні, внаслідок зниження теплоти адсорбції, а також завдяки процесам десорбції для певного сорту атомів. Це обумовлює зменшення швидкості зростання плівки та покращення її кристалічної структури. Селективна десорбція Бе, яка пояснює зменшення інтенсивності ліній Іу та І], при ФГФЕ може бути обумовлена перезарядкою комплексу від "заряженої" форми хімічної адсорбції до нейтральної форми з пониженням енергії активації десорбції

(Е<і ) та збільшенням швидкості десорбції атомів Бе (Иа ):

її/ = т*' Г (0) ехр (-Е/ЛІ ■ Т), . (5)

де т* - час адсорбції атомів, Я - газова стала, Т - температура, ґ (0) -функція, пов’язана з характером хімічної адсорбції. Символ * підкреслює той факт, що ці параметри мають іншу величину у методі ФГФЕ порівняно з ГФЕ. У випадку адсорбції Zn, навпаки, при збудженні єр3 -конфігурації з’являється нова якість "заряженої" форми хімічної адсорбції, яка обумовлює "затягування" атома Zn у кристалічну гратку зростаючого шару. Фотостимуляція епітаксії призводить і до вибіркового впливу на адсорбційні процеси за різними станами агрегації. Внаслідок того, що теплота адсорбції завжди менше на власних дефектах структури ніж на упорядкованій кристалічній поверхні, при ФГФЕ із зменшенням енергії

зв’язку з поверхнею міграція та десорбція буде мати підсилений характер у дефектних місцях епітаксійного шару.

У сьомому розділі розглядаються питання отримання високоякісних гетероепітаксійннх структур 2п8е / ОаАБ (100) та квантово-розмірних структур на базі гпБ і гпБе методикою ФГФЕ. Проведено зіставлення оптичних властивостей гетероепітаксійннх структур ЕпБе / ОаАэ (100), зрощених методами МВЕ та ФГФЕ. Експериментально доведено можливість отримання епітаксійних шарів гпБе на підкладках ваАБ (100) методом ФГФЕ високої якості. Використовуючи методику ФГФЕ вперше зрощені квантово-розмірні структури типу одиночна квантова яма 2п8-2п8е-2п8/СаА5(100) та надграта 2п8/2п8с/СаАз (100), а також вивчені їх оптичні властивості (рис. 7). З метою зменшення сумарних внутрішніх деформаційних напружень в напівпровідниковій надграті на підкладках ваАв (100) спочатку зрощувався додатковий буферний шар ZnS()>o6 8ео,94

з товщиною (1 = 0,4 мкм, а вже потім на ньому зрощувались 80 подвійних шарів гпБ (8 моношарів) - ZnSe (4 моношара). Таким чином, структура надграти мала вигляд: (ХпЯ - 2п8е) • 80 / 2п8о,об 8ео,94 / ЄаАБ (100). Розглянуто енергетичну діаграму одиночної «квантової ями та спектр енергетичних станів для локалізованної частки, вивчено залежність енергетичного положення "важкого" екситона Еьь від ширини ями при постійному значенні висоти бар’єра (рис.8). Аналіз спектрів комбінаційного розсіювання одиночних квантових ям (рис. 8) експериментально встановив наявність зсуву в енергетичному положенні ЬО фонона для шару 2п8е в порівнянні з об’ємними зразками в довгохвильову область на величину ~ 2,1 см'1. Цей факт може бути обумовлено двома причинами: присутністю внутрішніх деформаційних напружень та ефектами розмірного квантування. Показано, що найкращі зразки квантово-розмірних структур на базі сульфіду і селеніду цинку, зрощених методом ФГФЕ, мають флуктуації товщини нарівні одного моношару.

' У восьмому розділі аналізуються питання практичного застосування гетероепітаксійннх струюур на базі з’єднань А2Вб в приладах мікро- та оптоелектроніки. Розглянуто можливість використання епітаксійних плівок 2п8е в якості багатофункціональних покриттів сонячних елементів на базі СаАэ та Бі. На основі гетероепітаксійної полікристалічної структури ZnSє / СзАб (100) розроблено датчики газового утримування середовища. Застосування епітаксійних варизонних структур на основі з’єднань гпБе та 2пТе дозволило розробити нові датчики іонізуючого випромінювання, в яких на підкладці-ешштиляторі Bi.tGe.iOi2 зрощено гетероепітаксійну структуру 2пЯечТеі-х - 7п8е, викопуюча роль фотосенсора.

Рис. 7. СВ (1) та ФЛ (2) одиночної квантової ями 2п8-2п8е-2п8/СаАз (100) - а та надграти 2п8/2п8е/СаАз (100) - б відповідно. Т = 4,5 К. .

^° Ю баЛ 5

Рис. 8. Залежність енергії "важкого" екситону Еьь в максимумах спектрів ФЛ від ширини одиночної квантової ями (Ь») при фіксованій висоті бар’єру (Ьв = 4,3 нм) - а та спектри комбінаційного розсіювання відповідних одиночних квантових ям ZnS • ZnSe -^пБ/СаАз (100) - б: Ц» = 1.7(1); 2,3(2); 3,3 (3) нм. Т = 4,5 К.

ВИСНОВКИ

1. Проведено комплексні дослідження легованих та самоак-тивованих монокристалів ZnSxSei_x, що включають одночасну реєстрацію спектрів ФЛ, величин ФП, ФЕ, населеності ФПЦ іонів Cr+, Fe3+ та A-центра за різних зовнішніх умов; проаналізовано спектри ТСТ, ТСЛ, ТСД, спектральні залежності холловської е.р.с. та ФЕ; вивчено електричні властивості кристалів, підданих спеціальним видам термообробки; оптичні властивості та спектри ЕПР пластично деформованих кристалів ZnS із різними домішками. У цьому напрямку досліджень отримано наступні результати: ,

1.1. Вперше здійснено моделювання процесів, що відбуваються в кристалах ZnS: А1, Cr, Fe при ФЛ, на ЕОМ та на підставі порівняння експериментальних та розрахункових залежностей за великою сукупністю характеристик, таких як: зміна населеності трьох ФПЦ - іонів Cr+, Fe1+ та A-центра, яскравості двох смуг ФЛ (Xmas = 460 нм і Х,„ах = 650 нм), величин ФП і ФЕ при увімкненні та вимкненні різних ГЧ підсвічувань, що діють на фоні постійного УФ збудження, проаналізовані можливості реалізації альтернативних механізмів випромінювальної і невипромінювальної рекомбінації, уточнена запропонована зонна схема кристалів ZnS: А1, Cr, Fe, визначені параметри всіх центрів рекомбінації і захоплення, які в першу чергу' визначають процеси переносу заряду при ФЛ в цих кристалах.

Отримані дані дозволили на ЕОМ здійснити також прогнозування змін таких оптичних характеристик кристалів ZnS: АЗ, Cr, Fe як спектри ФЛ і кінетики розгорання яскравості різних смуг ФЛ у максимумах Спектральної характеристики при різних умовах одержання зразків. Дані прогнозу підтверджені експериментально на підставі аналізу результатів дослідження спектрів ЕПР та оптичних властивостей кристалів, підданих , спеціальним обробкам. '

1.2. Показано, що хоча для з'єднань ZnSxSei.x характерний п-тип провідності, із зміною параметра х у кристалах ZnSxSei.x відбувається перерозподіл співвідношення між донорними та акцепторними рівнями, що в остаточному підсумку призводить до появи p-типу провідності в складах із 0 ^ х < 0,4. Цей факт підтверджується зміною знаків ФЕ, ТСЕ, а також е.р.с. Холла в цих кристалах у порівнянні із зразками зі значенням х > 0,5. Тип провідності кристалів ZnSxSei.x У складах із 0< х < 0,4 визначається відхиленням від стехіометрії. Так, віджиг зразків у розплаві Se при Т = 500 - 900°С протягом 5 годин стабілізує в них р-тип провідності, а віджиг у розплаві Zn за тих самих умов забезпечує п-тип

провідності. Методами ТСЛ, ТСП, ТСЕ визначені глибини залягання основних локальних центрів, що визначають електричні властивості кристалів 2п8х8еі-х.

1.3. Вперше на основі залежності інтенсивності випромінювання різних смуг ФЛ від ступеня пластичної деформації кристалів ХиБ запропонована методика визначення механізмів випромінювальної рекомбінації. На підставі вивчення зміни спектрів ЕПР різних локальних центрів (Еи2+, А-центр) від ступеня пластичної деформації кристалів із різними домішками та асоціаціями точкових дефектів встановлено, що незалежно від їх виду переорієнтація зразків 7п8 в стабільну кубічну ЗС-модифікацію відбувається при ступені пластичної деформації є =18+20 %. При цьому, відповідно до міри збільшення ступеня пластичної деформації, локальна симетрія різних аксіальних парамагнітних центрів змінюється на кубічну в залежності від типу центрів як за лінійними законами (А-центри), так і за нелінійними (іони Еи2+).

2. Вперше проведені комплексні дослідження щодо вивчення впливу лазерного та рентгенівського випромінювання, діючих в процесі зрощування гетероепітаксійних структур 2п8е/СаА5(100) методом ГФЕ, на їх оптичні властивості; проаналізовано можливості корекції фізичних характеристик цих структур після вирощування шляхом впливу на зразки м'якого рентгенівського випромінювання та високого

гідростатичного тиску; відпрацьовано способи діагностики гетероструктур 2п8х8еі.х./СіаА5(100), а також квантово-розмірних структур на основі сульфіду та селеніду цинку, методами рентгенодифракційного аналізу, екситонної спектроскопії, методами Ван дер Пау, ТСТ і ТСД, а також за допомогою електронного мікроскопу. У зазначеному напрямку досліджень зроблено наступне:

2.1. Вивчено вилив технологічних параметрів росту на кристалічну структуру та оптичні властивості епітаксінних шарів ХпБе на ОаАБ(ЮО), зрощених методом- ГФЕ та його модифікаціями: ФГФЕ та РГФЕ. Встановлено вплив додаткових легуючих джерел (2п, Єа, А1, АІСЬ) на рухливість та концентрацію основних носіїв заряду, питомий опір епітаксійних шарів гиБе на СаА8(100). Проаналізовано фізичні процеси, що відбуваються при вирощуванні епітаксінних шарів 2иБе на ОаАБ( 100) методами ФГФЕ та РГФЕ. Закладено основу моделі пронесу фотостимульованого епітаксійиого росту з'єднань А?В6 у струмі водню з газової фази на альтернативних підкладках СаАз (100). Методами ТСТ та ТСД визначені глибини залягання основних локальних неіпрів, то обумовлюють електричні характеристики геїероструктур Zn.Se/GaAs (100). Показано можливість одержання методом ГФЕ високоякісних

гегеропереходів 2п8е(п,р)/СїаА5(р,п) усіх типів, що безумовно має важливе практичне значення.

2.2. Вперше показано можливість поліпшення кристалічної якості та коригування оптичних властивостей епітаксійних шарів гпБе на СаАз(ІОО) шляхом впливу на поверхню синтезованого напівпровідникового шару м'якого рентгенівського випромінювання та високого гідростатичного тиску. Доведено, що при ФГФЕ із застосуванням Не-Ссі лазера (Ьу = 2,807 еУ, Р = 1,5 мВт/см2), а також при

О

РГФЕ (джерело випромінювання Сик« , X =1,542 А , Р-1-3 мВт/см2)

поліпшується морфологія та кристалічна досконалість шару ЕпБе на СаАз(ІОО); у екситонних СВ з'являється екситонний стан із квантовим числом п =2^ а в спектрах ексионної ФЛ зменшується інтенсивність екситонних смуг, пов'язаних із структурними дефектами: Іу та Іі, та збільшується інтенсивність смуг, пов'язаних із вільними екситонами: Ещ, та Ещ. . .

2.3. Отримані нові експериментальні дані про спектри екситонної ФЛ в епітаксійних плівках гпБе на ОаАзООО) із різною товщиною синтезованого шару, розмір якого визначає характер внутрішніх деформаційних напружень в них. На основі аналізу екситонних СВ та екситонної ФЛ епітаксійних плівок 2пБе на СаАз(ІОО) показано можливість визначення розміру розщеплення валентної зони ZnSe на підзону “легких” та “важких” дірок, товщини еиітаксійиого шару та його рівномірності, а також значення тензора деформації.

-3. Показано, що методом ФГФЕ можна одержувати не тільки високоякісні епітаксійні шари 2п8ч8еі_х на ваАзООО), але й більш складні багатошарові епітаксійні гетероструктурц. Вперше методом ФГФЕ синтезовані квантово-розмірні структури типу одиночна квантова яма 2п8-7лі8с-2п8/СаА5(100) та надграга 2п8/2п8е/ОаАь( 100). Досліджені оптичні характеристики зрощених структур. На підставі експериментальних даних встановлено залежність енергетичного положення “важкого” екситона Еи, від ширини ями при постійному значенні висоти бар'єра одиночної квантової ями.

4. Розглянуто можливості практичного використання епітаксійних шарів 2и8е у якості багатофункціональних покриттів сонячних елементів. На основі гетероструктури 7.п5е/СаАБ(100) розроблено датчики газового сюїаду середовища. Застосування епітаксійних варизонних структур на основі з'єднань 7и8е та 2пТе дозволило розробити нові датчики іонізуючого випромінювання.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ОСНОВНОГО ЗМІСТУ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Архангельский Г.Е., Коваленко А.В., Лыфарь Д.Л., Штамбур И.В., Якунина Н.А. ЭПР ионов Еи2+ в нормальных и дефектных местах кристаллической решетки ХпБ // ЖПС.-1981. - т. 34, № 2,- с. 361-363.

2. Андреев А.А., Борисенко Н.Д., Коваленко А.В., Якунин А.Я. Фотоэффект Холла в монокристаллах гпБ и 2пБе // Неорг.материалы,-1981.-т.17, № 7.-с.1162-1165.

3. Коваленко А.В., Шарлай Е.Г. Влияние примесей Ей и на кристаллическую структуру монокристаллов 2пБ//ЖПС. - 1981,-т. 35, № 5. - с. 900-903.

4. Буланый М.Ф.; Коваленко А.В., Кушнир А.С., Омельченко С.А., Штамбур И.В., Якунин А.Я. Определение параметров локальных центров в монокристаллах 2пЭ и 2пБе // Изв. вузов. Физика. -1981. -№ 12.-с. 99-102.

5. Андреев А.А., Борисенко Н.Д., Коваленко А.В. Глубокие примесные, уровни в кристаллах 2п8х Зеі_х // Неорг. материалы. - 1983,-т.19, № 3. - с. 376-379.

6. Берлов П.А., Буланый М.Ф., Коваленко А.В., Коджеспиров Ф.Ф., Якунин А.Я. Рекомбинационная фотолюминесценция в кристаллах гпЭ, легированных А1 // Неорг. материалы. - 1985,- т. 21, № 9,- с. 14531456.

7. Берлов П.А., Буланый М.Ф., Коваленко А.В., Омельченко С.А., Якунин А.Я. Рекомбинационная фотолюминесценция в пластически деформированных монокристаллах сульфида цинка, легированных А1 // ФТТ,- 1987,-т.29, №7,-с. 2184-2186.

8. Ананьин О.Б., Багателия Р.З., Быковский Ю.А., Знаменский В.Ю., Коваленко А.В. Структурные изменения эпитаксиальной плёнки ZnSe/GaAs под действием мягкого рентгеновского излучения // Письма в ЖТФ,-1991,-т.30,№22.-с. 57-61.

9. Бондарь Н.В., Коваленко А.В., Тищенко В В., Мекекечко А.Ю.,

Фотолюминесценция гетероструктур 2п5е/ОаАз(100) // Неорг.

материалы,-1991. - т. 27, № 12,- с. 2520-2522.

10. Коваленко А.В., Лиллей П. Кристаллическая структура и спектры фотолюминесценция эпитаксиальных слоёв 2пБе на подложках СаАя (100) // Неорг. материалы. - 1992. - т. 28, № 1. - с.49 - 52.

11. Коваленко А.В., Мекекечко А.Ю., Бондарь Н.В., Тищенко В.В., Щекочихин Ю.М., Румянцева С.М., Малашенко И.С. Исследование оптических характеристик эпитаксиальных слоёв 2п5е/СаАз (100),

зо

выращенных методами молекулярно-лучевой эпитаксии и газофазной эпитаксии//ФТП.- 1992.-т. 26, №7.-с. 1251-1255. .

12. Бродим М.С., Тищенко В.В., Бондарь Н.В., Коваленко А.В., Мскекечко АЛО. Резонансная экситонная люминесценция эпитаксиальных плёнок ZnSe/GaAs (100)// УФЖ,- 1992. - т.37, № 12,-с. 1801-1806.

13. Коваленко А.В., Мекекечко А.Ю., Лиллей П. Эффект влияния фотостимуляции на оптические свойства гетероструктур ZnSe/GaAs (100) // Неорг. материалы. - 1993. - т. 29, № 2,- с. 183-186.

14. Коваленко А.В., Мекекечко А.Ю. Исследование влияния эпитаксиального слоя селенида цинка на спектры фоточувствительности солнечных элементов//ЖПС.- 1993,-т. 59, № 1-2,-с. 182-184.

15. Bochkova Т.М., Kovalenko A.V. Detector of high energy radiation on the structure Bi4Ge30i2 /ZnSexTei.x/ZnSe // Nucl. Tracks. Radiat. Meas.-1993,- v. 21, № l.-p. 191-194.

16. Мекекечко А.Ю., Коваленко A.B., Черненко И. М., Катков В.Ф.

Исследование чувствительности к водороду структур ZnSe/GaAs // ФТП-

1993,-т. 27, №6 .-с. 1060-1064. .

17. Коваленко А.В. Влияния высокого гидростатического давления на кристаллическую структуру и спектры фотолюминесценции эпитаксиальных плёнок ZnSe на GaAs( 100)//Неорг. материалы,- 1993. -т. 29, №9,- с. 1222-1225.

18. Бродин М.С., Бондарь II.В., Коваленко А.В., Мекекечко А. Ю.,

Тищенко В. В. Исследование оптических характеристик квантоворазмерных халькогенидных структур, выращенных методом лазерно-стимулированной газофазной эпитаксии// Квантовая электроника. - 1993. -X. 20, №7.-с, 629-630. .

19. Бродин М.С., Коваленко А.В., Тищенко В.В., Мекекечко А.Ю.,

Бондарь Н.В. Синтез размерно-ограниченных структур ZnS-ZnSe-,ZnS/GaAs(l00) методом PAVPE и исследование Их оптических характеристик // УФЖ.- 1993. - т. 38, №11,- с. 1664-1666. .

20. Коваленко А.В., Бочкова Т.М. Детекторы ионизирующего излучения на структуре сцинтиллятор(подложка) - планарный фотоприёмник ZnSex Tel.* -ZnSe // ФТП. - 1993. - т.27, №8,- с. 1335-1339.

21. Берлов П.А., Буланый М.Ф., Коваленко А.В. Исследование спектров фотолюминесценции пластически деформированных кристаллов ZnS//'ФТ1І.-1993,-т.27, № 7. - с. 1121-1124.

22. Коваленко А.В., Мекекечко А.Ю. Влияния деформационных напряжений па оптические характеристики эпитаксиальных плёнок ZnSe на GaAs, (100) // ФТТ. - 1993. - т. 35, № 10. - с. 2852-2855.

23. Бродин М.С., Коваленко А.В., Мекекечко А.Ю., Тищенко В.В., Бондарь Н.В. Спектроскопия экситонных состояний в тонких эпитаксиальных плёнках ZnSe на GaAs (100) // Оптика и спектроскопия.-

1993. -т. 75, №5,- с. 992-995.

24. Коваленко А.В., Мекекечко А.Ю., Тищенко В.В., Бондарь Н.В. Сравнение оптических характеристик плёнок ZnSe/GaAs(100), выращенных методоми газофазной и фотостимулированной газофазной эпитаксии // ФТТ.- 1994. - т. 36, № 5.- с. 1350-1356.

25. Коваленко А.В., Борисенко Н.Д. Глубокие центры захвата носителей заряда в монокристаллах . ZnSxSei.x // Неорг.материалы,-

1994,-т. 30, №3,-с. 424-425.

26. Коваленко А.В., Борисенко Н.Д. Тип проводимости и глубокие центры захвата в монокристаллах ZnSxSei.x // ФТП. - 1994. - т. 28, № 4. -с. 646-650.

27. Коваленко А.В. Синтез и исследование свойств размерно-

ограниченных структур на основе плёнок сульфида и селенида цинка, выращенных методом PAVPE на подложках GaAs (100). - В кн.: Вестник Днепропетровского университета. Физика. Радиофизика.

Днепропетровск. - 1994. - с. И-19.

28. Kovalenko A.V., Tischenko V.V. ZnS-ZnSe-ZnS/GaAs (100) single quantum well structures and ZnS/ZnSe/GaAs (100) superlattices grown by photo - assisted VPE // Jpn. J. Appl. Phys. - 1995. - v. 34, Suppl. № 34-1,- p. 209-211.

29. Коваленко A.B., Мекекечко АЛО. Стимулированная лазером

газофазная эпитаксия ZnSe на GaAs (100) // ФТП.- 1995. - т. 29, № 8,- с. 1461-1467:

30. Коваленко А.В. Выращивание плёнок ZnSe на GaAs(100)

методом рентгеностимулированной газофазной эпитаксии // ФТП,- 1997. -т. 31, №1,- с. 31-34.

31. Коваленко . А.В. Электрические свойства гетероструктур

ZnSe/GaAs(100), выращенные методом фотостимулированной газофазной эпитаксии//ФТП,- 1997. -т. 31,№ 1.-е. 11-14.

32. Тищенко В.В., Бондарь Н.В., Бродин М.С., Коваленко А.В. Фотолюминесценция локализованных экситонов в когерентнонапряжённых квантовых ямах ZnS-ZnSe/GaAs(100) // ФТП. - 1997. - т.31, № 12.-с. 1440-1442.

33. Tischenko V.V., Bondar N.V., Kovalenko А.В., Halsall M.P., Lilley P. Localized excitonic states in ZnS-ZnSe single quantum wells // Superlattices and Microstructures. - 1998. - v.24, № 2. - p. 143-147.

АНОТАЦІЯ

Коваленко О.В. Дослідження оптичних та електричних властивостей кристалів, епітаксійних плівок та квантово-розмірних структур па основі сульфіду га селеніду цинку. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. -Інститут фізика НАН України, м. Київ, 1999 р.

Дисертаційну роботу присвячено дослідженню оптичних та електричних властивостей монокристалів гп8х8еі.х з різноманітними домішками, гетероепітаксійних струтур ZnSe / СїіАб (100) та квантово-розмірних структур типу одиночна квантова яма - ZnS-ZnSe-ZnS/GaAs (100) та надграта - ZnS/ZnSe/GaAs (100). Проаналізовано процеси переносу заряду при ФЛ в кристалах ZnS: А1, Сг, Ге; вивчено зміни в спектрах ЕПР та ФЛ пластично деформованих кристалів ZиS: Еи; ZnS: АІ, Сг, Бе; ZnS: А1, Сг, Ре, Си; досліджено вплив термообробок на тип провідності кристалів ZnSxSel,ч.Проведено комплексні дослідження фізичних процесів, які відбуваються при зрощуванні гетероепітаксійних структур ZnSe/GaAs (100) методами ГФЕ, ФГФЕ та РГФЕ. Вивчено можливості поліпшення кристалічної якості їа коригування оптичних властивостей епітаксійних шарів гпБе на підкладках ОаАз (100) шляхом впливу на поверхню синтезованого напівпровідникового шару м’якого рентгенівського випромінювання та високого гідростатичного тиску. Отримані нові експериментальні дані про зміни екситонних спектрів ФЛ та СВ в епітаксійних плівках ZnSe на підкладках ОаАз (100) із різною товщиною шару та характером внутрішніх деформаційних напружень. Вперше методом ФГФЕ на підкладках СаАэ (100) зрощено квантово-розмірні структури типу одиночна квантова яма та надграта на основі сульфіду та селеніду цинку та досліджено їх оптичні характеристики.

. Ключові слова: фотолюмінесценція, відбиття, електронний парамагнітний резонанс, деформація, епітаксійпа плівка, екситон, квантова яма, надграта.

АННОТАЦИЯ

Коваленко А.В. Исследование оптических н электрических свойств кристаллов, эпитаксиальных плёнок и квантово-размерных структур на основе сульфида н селенида цинка. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора физикоматематических наук по специальности 01.04.07 - физика твёрдого тела. -Институт физики НАН Украины, г. Киев, 1999 г.

Диссертационная работа посвящена исследованию оптических и электрических свойств монокристаллов 2п8х8е1_х с различными активаторами, гетероэпитаксиальных структур гп8е/ОаАз (100) и квантово-размерных структур типа одиночная квантовая яма - 2п8-2п8е-2п8/СаЛз (100) и сверхрешётка - 2п8/2п8е/СаАз (100). В работе промоделированы процессы переноса заряда при ФЛ в кристаллах 2п8: А1, Сг, Ре на ЭВМ и на основе сопоставления экспериментальных и расчётных зависимостей по большой совокупности характеристик, таких так: изменение населённости трёх ФПЦ (ионов Сг+, Ре3*" и А-центра), яркости двух ПОЛОС ФЛ (Хшах= 460 нм и Л,пах= 650 нм), величин ФП и ФЭ при различных внешних условиях, проанализированы возможности реализации различных механизмов излучатсльной и безызлучательной рекомбинации, определены параметры основных центров рекомбинации и захвата. На ЭВМ осуществлено прогнозирование изменения спектров ФЛ и кинетнк разгораиия яркости различных полос ФЛ в максимумах спектральной характеристики при различных условиях получения кристаллов 2п8: А1, Сг, Ре. Методами ТСТ, ТСП, ТСЭ, а также на основании изучения спектральной зависимости э.д.с. Холла и ФЭ изучены электрические свойства кристаллов 2п8х8е1.х. Показано, что с помощью специальных термообработок в кристаллах 2п8х8е].х с 0 < х < 0,4 можно стабилизировать как п- так и р-тип проводимость. Проанализированы изменения спектров ЭПР и ФЛ пластически деформированных кристаллов 2п8: Ей; 2п8: А1, Сг, Ре; 7п8: А1, Сг, Ре, Си; изучены особенности перестройки кристаллической структуры кристаллов в стабильную кубическую ЗС-модификацию при пластической деформации.

Проведены комплексные исследования физических процессов, протекающих при выращивании гетероэпитаксиальных структур Zn.Se/GaAs (100) методами ГФЭ, ФГФЭ и РГФЭ; изучено влияние технологических параметров роста на кристаллическую структуру, оптические и электрические свойства эпитаксиальных слоев. Показана возможность улучшения кристаллического качества и коррекции оптических свойств эпитаксиальных слоев 7п8е на подложках СаАз(ЮО) путём воздействия на поверхность синтезированного слоя мягкого рентгеновского излучения и высокого гидростатического давления. Получены новые экспериментальные данные о спектрах экситонной ФЛ и СО эпитаксиальных плёнок гпБе на подложках СаА5(100) с различной толщиной синтезированного слоя и характером внутренних деформационных напряжений. Впервые методом ФГФЭ на подложках ОаАэ (100) выращены квантово-размерные структуры типа одиночная квантовая яма и сверхрешётка на основе соединений сульфида и селенида

цинка, а также изучены оптические свойства синтезированных гетероструктур. .

Рассмотрены возможности практического использования эпитаксиальных плёнок ZnSe в качестве многофункциональных покрытий солнечных элементов. На основе гетероструктуры ZnSe/GaAs (100) разработаны датчики газового содержания среды. Применение эпитаксиальных варизонных структур на основе соединений ZnSe-и ZnTe позволило разработать новые датчики ионизирующего излучения.

Ключевые слова: фотолюминесценция, отражение, электронный парамагнитный резонанс, деформация, эпитаксиальная плёнка, экситон, квантовая яма, сверхрешётка.

/ SUMMARY

Kovalenko A.V. Investigation of optical and electrical properties crystals, epitaxial layers and quantum well structures on the basis of zincsulphite and zincselenide. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 01.04.07 - physics of solid state. -Institute of Physics of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1999.

It has been investigation of optical and electrical properties of ZnSxSei.x crystals with different admixtures, heteroepitaxial structures ZnSe/GaAs (100) and quantum well structures as like as single quantum well structures - ZnS-ZnSe-ZnS/GaAs (100) and superlattices - ZnS/ZnSe/GaAs (100). It has been analyse of charge transfer processes by PL in ZnS: Al, Cr, Fe crystals; study of changes in EPR and PL spectra on plastic deformation ZnS: Eu; ZnS: Al, Cr, Fe; ZnS: Al, Cr, Fe, Cu crystals; investigation influence of thermoprocessing on the type of conductivity ZnSxSei_x crystals. In work develop a complex research of physical process, which we have had in the case of ZnSe layers grown on GaAs (100) by the VPE, photo-assisted VPE and x-ray-assisted VPE technology. It has been stude the possibility improvement of crystal structure and correct of .optical properties epitaxial ZnSe layers on GaAs (100) substrate by the way of influence on semiconductor films the soft x-ray radiation and big hydrostatical pressure. In work receive a new experimental data concerning exciton PL and reflection spectra of ZnSe layers on GaAs (100) with different thickness and character of internal deformation strain. For the first time using the photoassisted VPE technology on GaAs (100) substrate have been grown the quantum well structures on the basis of zincsulphite and zincselenide and studies theirs optical properties.

Key words: photoluminescence, reflection, electron paramagnetic

resonance, deformation, epitaxial layer, exciton, quantum well, superlattice.