Капиллярная жидкофазная эпитакция GaAlp фотоэлектрических структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи «ДСП» экз. № £0

РАХМАТУЛЛАЕВА Махирахон Файзуллаевна

УД К621.315.592:621.383.52

капиллярная жидкофазная эпитаксия &{х№р фотоэлектрических структур

(01.04.07—Физика твердого тела)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент 1991

-----

Работа выполнена в Институте ядерной физики АН Республики Узбекистан.

Научные руководители: член-корр. АН РУз. доктоп 'Ьц:.

мат. наук профессор ЮНУСОВ М. С.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Абдурахманов Ю. Ю.

Официальные оппоненты: доктор сЬизнко-математических наук, профессор Мирсагатов III. А.

доктор технических наук Зубарев П. В.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский физико-технический институт им. Иоффе А. Ф.

Защита состоится 1991 Г- в

час на заседании специализированного совета К 015.15.01 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук и технических наvk в Институте ядерной физики АН РУз по адресу: 702132, Ташкент, Куйбышевский район, пос. Улугбек.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ядерной физики АН РУз.

Автореферат разослан « £4» НОЯ$р 1991 г-

Ученый секретарь /■' Л г специализированного советгС^—^Л I доктор физ. мат. наук, профессор ИСМАТОВ Е. И.

общая штт1шт работы

Актуальность томи. Шгесрао к капиллярной грщко^азноА топтал« гл в1тэе?.ио кзобходшастыэ получения ТОНКИХ ('1 I палу« 50во,ттког.нх пл?ког: кг, основа твердых растзсроз соодлненлЛ д Тгкиз -тошсю полупроссщгккозш слои поропоктипнн гя создания целого ряда пояулрово,т13!Поэшс ярчбороз, п састиосу«, ш приборов, создазаеут-к пз'оскопе гзтсрз^ггфизонкия стр^тлур • разгагеаищкжся пар?лвтрсаи рсгатки

Особий кнтарзс продстаяляо? мспользотк:э то:^« пзрлзсгпгг: ругсщ) для ссздишя фетоэлохтричссют: прпбороз (аодтеганх фо-•ояе?!ектов, сваозтиглс фотодиодов» удьтра^олзтовте гютопрпс;^ коз и т.д.). Например, попользодрш'з тошен:: зприасвкгг: е-у.осяп Н с? 0,5 кпм) с больиш градиентом состгна позсолкла за счет рязониого аязктрпчэского поля оуг-зствспно ут-.сньллть пояср::-стнув рэкам&ршдо нзосногт^.; пссптоГ.зП тоаа н повгсить КОД ес1разозания све?оясй оперли б злехтрнггескут). Получен фавор-« ый КОД -24% в идэиявд: условиях / I /.

В данной работе, рассматривается получение 'супортснних слпоз орднх растзоров .соединит:?!' £аР и ЛсР » по^ор^г рспэктивш для создонпя гатеропаризошпк структур, ата здчнения весьяа близки по параметрам кркстдллнчзсясй роасткй эбразуят пзпрзрнвпнй ряд твзрд^с растяороз (га 1-х Л& Р » эина запрещенной зоны которю: иггкшязтсл счаиь кал о от 2,26 2,45 эВ, тогда кап шпс-ггальнэя энергия ¡фя?п*х оптических эзходоп: изменяется существенно - от ?. .8 до 3,5 оВ, что псзво-зт использовать такиз тпсрдкт. рас-тори для создания фотопрн-япсов для ультрафзолстовой области спектра.

К началу на сих псслсдопаип.Ч, изучения капиллярного метода учения тонких слсзз в.литературе было п'оезеигено лишь несгсоль~ работ, а'исследование капиллярного аффекта при кпщкофазной [такспи нв проводилось, а упругоде^оряфосзиныв <*лои ¡азработке ультра^-;олзтогдж фотеяриемникез но яспэгьзоггялс?>.

Цель и задачи работа^ Долью работы является создание кэто-н получения супертон.чп:: ( // I ики) слоев /!£гР ,

ледованио механизма их роста и разработка ультрафиолетосых оприекниксв на их основе.

. Дли достижения этой цепи необходимо было решиа'ь следующие оопошша оедачи:

« разработать иатод иоотор:.шчсской капиллярной кндкефазпой онмтакоии для получения супсртошкгк /МцРслоев?

~ исследовать капиллярной оффзт' для сиетбАЩ раствор-рас*-шав-монокристалличоисая подкшеа и шшшъ мехашэи обраоова« нав еуяерадншес олсов в процесса капиллярной жидко#азпоЙ зшташш5

- приманить метод капиллярной 'л:даофасной огштаксии для соодания ультрафиолетовая фотопрнешпшоа ка основе Ьы /.f А^уР р - п структур и исследовать idc алек'гричсскио иéфотозлоктри-чаошна свойства,

Научьап новиоко, Разработан мотод иэотораическоа иапилляр-poh ккдкофаа^ой oraiKUccmt и создана супоряовкио (IOOi'IOÛQ А) сгон iгси{.]1 Р о уаол»гсииащойоя ширяшй аащ)8-",эшюй эсш ь направлении роста слоя, Исследован кошлляршй ой-ягт для систеш риогаор-расплав-молокрюталличеокая подложка- и шяснеи иохшшзи обраооь&шя. суяерюшаас елоэз, a «аквэ нсследоваш одок&ричоскио и фотоэлектрические свойства' упрулюдефорыироиишш /}-/? структур.

Б процессе контакта при постоянной т&щзр&туро иеаазвгеикич раствора-расплава (ru. ~AL -Р с.шгаллярнии шшеои, сфорип-роаагаыа 'двумя подяошаы Gct Р , на поворкноош поддоаэк образуется супортонкпй С IGD-;>IC00 А) слой Gaj-x А йк Р , с щи« рыкой запрещенной зоны, увелпщтавцойся в направлении рома слоя, который обраэуотея за счот поросыщзгия, вызванного изо™ термичаепш ствиванием областей агцдаой фаои разного сослана, образующихся в процесса растворсшш подаоаек исходна: расхво-рой-расплавом.

Условия проведения процесса капиллярной кидкоф*эной огытак-скн (температура процесса, величина зазора в капилляр о) определяются краевым углом смачивания ( & ) ызаду раствороы-расплавом и подлогжой и удельным поверхностный натяаениш ( S раствора-расплава в атыосфс-ро водорода, причем, величина крае- ' вого угла увеличивается о уменьшением тешэратуры эпнтаксии в интервале 550 * 800°С, достигая максимального значения

Occt-p-л S5,4 при Т я 800°G, а смшга» удолыюго повзрх-гастиого ют^ГдО'шл рг.створг-распязса (го- р з у;дзаш;эм штертлз темсзрятур дпиоПно у:.!спт.шао7ся с уволпч.^шои темпера-;урп: (У я 7IC0-/5T. При отол добавка «лкмикня а раствор-« расплав Ga -Р до 2,0 r<'í пр.алодчт к псni:^'"íтольнсгv/ увили» :с.!2го О н jt::кьяс;niгэ 6" (прикортто ua 10;<Щ$), i\u.o .ß -J -5,65 дин/см. грд., ;сос:*\ьа!!!-.знт посергапст--

того латляп-этя» Т - тсгизрптурд расчлоп" •расчтава.

■ Энергия какс:азтл спектра ¿oxcrora ^тщгоглЧ^вфздлюгл: 6ч?.1tx ßр-Я~ структур, соз,тг\!?;у1:: кстсдсм катглтглг"ой пугссфазиой огптпкогп, папке»? от' -состага тпардсго раствора [ ¿i } D области' р-/7 в (>s 2,9

ю 3,25 оВ лигойно растсг с у;'"-'-у." от 0 до О.б, i при дп.льнсКпем уЕзянпыгл - с? 0',0 до 0,75 аноргия

с?ро;птся к нлкгфсго. достигая h Vm а 3,?1 r¡B. 1ля структур с Xí 0,G енергкл гакскцука определяется пря-nírm оотичевюг'л пароходами,. a ддл c'ípyjwyp о //>0,'б •• гепг»,г%гя| перехода?;:!.

Основпно поясг.51Г1Я, .s'«ioc;g-i:g та. зата.';?/

I. Результат?* г.сслздоганлл псгзртгносткиго гпжлс-'чя и раг?» :сго угла pr.cxsopa-p.-.cn.'sara Со. - Р , -At.-p

i гагпллнрэ» образ огилгм дзу?.ш плосгпа-'я' подюте.'.'».ко Go. Р .

2.. Удтаковлошиа процесс;.! образогакгя аупгртогнаг слсаа G-q /-.V Л £;< Р п !,'S3tam;o«a роста тошпс слою в процаооо гзотср:я1ческоП зидгсо^азиоЯ рапнллярной яплгл'а;-:.

3. Результата исслеяогэкия оясктричесмс: и Лотоэлоктрлчое-

свойств упругодс-формчроспютлс AtxP р-П - структур, [Олученияз разработанной изтод'.изоГи

Практическая зкачгеюсть. Разработан метод изоат.рм'ток.о-л апидлярной ггадкофззиой .эпнтаксни супортонких слоев Р ,

сзеолящнй получать супзртотшо сарисонинз слои с узедрпто-з"гя гиркиоЯ запр:-:';?пнс-'1 зони я ranp.uwrr.'i роста а.гоя.

Опрздолону зналагая краевого угла ©'тогклзш и поЕ^рхясс;--ого катяления для раствора-расплава ¿-о-Р, (tq-AH-P п нтерваде температур В00-950°С, иэобхочлжэ дол гибера условия роведегеш капиллярной кидкофазкой впмтш:с!1и гупзртонккх елопв rQi-xAZxß.

. Создан фоясприсышш на осиоао Сщ-ц /¡{\- Р р-ц - мрукяур

,апп ближней ультрафиолетовой области спектра, с квантовой ьйфоктивьостыэ ~ 0,5 зл./ф050н.

Апробагщя прлботи. Результаты работы докладывались Ш-ВссссазноП конференции по физике полупроводников (Киев, 1530) на УП-Вевсоззной конференции по радиационного теплообмену (Тг.ькспг, 1991), на копфорегщиях профессорско-преподавательского состаьл Ташкентского сдектротехипческого институга связи (1283, 1089 гг.), ¡и кафедре олентрокких и квантовых приборов Ташкенте-кого сляктротохнического института связи.

Публикации., По цатерналам диссертации опубликовано 4 статьи и 2 тезиса»

Оо'ъен и структура диссертации., Диссертация состоит па Ььедения, четирех глаз, эатеочоюш и сшокь лглературн. Работа изложена на 136 сфр&шцзз ыадаиовигного текста, содерзи? 35 рпсутгов, 4 • таблиц и список цитирован«» пой литературы из 103 наименований.

''СОДШШЕШ РДБОШ

Во гводеьни, обосноеаиа аатуальиость проЗлал, изложена цель ¡1 -задачи исследования, привздени научная новизна, оснопнло положения, выносидю на зап»!ту, практическая оначлмость работы.

Первая глаг.а обзорная и состоит из 4--<х гшраграфоп. В ней проанализированы литературиыэ дшпые по аидкофасшоН оплтакспи твердых растворов соединений В~ (1.1), капиллярной кмдцо-фазной эпитаксии твердых растворов соединений 6й Аз ,

0а Р- А £Р (1.2), хснтагсгниу явлений на граница разде-

ла фаз при изотермической гшдкофазной екитаасии соединений (1.3), и электрическим и фотоэлектрическим свойствам (та 1-х р-Г) -структур.

На осноЕе такого анализа сфорьзулировани цель и основные задачи работы.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальных установок и исходных материалов, которые использовались для получения слоив и р- П » структур,

Процесс зпитаксиальной кристаллизации супертонких слоев зсуществлялся в установке с горизонтальным реактором в графито-¡ой кассете в потоке водорода, очищенного'диффузией через пал-гадий. В качестве материала подложек использовались монокрис-:аллическив пластинки Р » легированные цинком до кон-¡ентрации дырок I'IO^ сн~3. Эти пластинки были ориентированы гибо по кристаллографической плоскости / 100 /, либо / III / В.

Для исследования электрических и фотоэлектрических свойств frcfi-x 4£х Р р-п ~ структур использовались традиционные уста-ювки исследования -вольт-акпзрной, зольг-емкоотной и ментальной характеристик. Для определения яплгаесксго состава питаксиальных слоев &а f.« A i? р непольэозалась установка рофилирующей Оже-спектроскопии фирмы "Лейбольд Герзус" с лектростатичоскии анализатором высокого разрешения АЕ ■ ВЮ4).

Третья глава посвящена изотермической жидксфазксй зпитак-ии супертонких слоев А1к Р и исследованию их свойств.

Для создания супертонких (ЭДЫ000 А) слоев нспользузт метод апиллярной жидкофазной эпитаксии / 1 /. Для проведения капил-лрной яидкофазной зпитаксии нзоСтодимо знание условий смачива-ия раствором-расплавом полупроводниковых глтериалов. Эти усло-яя характеризуются краевым углом скачивания и поверхностным ' атяяением раствора-расплава. Однако, до сих пор детального следования капиллярного эффекта в системах G-q-P , Ga-AL-P з проводилось и данные"по KfgeBo;.¡y углу смачивания и поверхност-зму катязению в этих системах отсутствуют. В этой же главе приедятся экспериментальные результаты по получению супертонких юев Gct 1-х A tx Р "■ я обсуздаются механизм образования таких юев в процессе изотермической капиллярной кидкофазной эпитак-:и.

Для исследования капиллярного эффекта sí определения удельно> поверхностного натяжения раствора-расплава для систем Qq-P/CqP -Q -A¿-P / Gct Р использована новая методика, которая позво-[ет определять поверхностное натяжение и исследовать капилляр-1Й эффект непосредственно в самом капилляре.

Для этого.была использована графитовая кассета, которая со-ржала три подложкодертлтеля и камеру для раствора-расплава.

- е -

Пг .цлогкодергатели выполнены с возможностью взаимного пзре^оцениг; относительно друг друга, а камера для раствора-расплава расположена с торцевой стороны подлоксодоркателей. Исследование капиллярного аспекта производилось в интервале температур 55(к950°С. Капиллярный пакет, образованный двуыя подложками

р я виде прямоугольной цели приводился в контакт с нека-сиценньм раствором-расплавом Ой - р.

В результате отпивания раствором-расплавом С-а - р , либо Са-АЕ-Р подлозек &а Р под действием сил поверхностного натяаения происходит наполнение капилляра растворои-расплавом, который поднимается на высоту // . При этом свободная поверхность раствора-расплава в капиллярной пакете изгибается, образуя сложную криволинейную поверхность, радауси «ривизны которых, в двух взаюзю перпендикулярных сечэнзшх равш /?< 'к . В процессе выдергав: при постоянной тейпе—

ратуре в точэнин 10 кин., происходи? расгворвкие части подложек

Оа Р и касацекие раояворй-раевлава фосфором. Поело стого удаляю? расплав из капилляра. По фрраз края растворения повер;:-ксс*и. подяозгк 'опредоляог ввяшЕщу прогиба раствора-расплава

До ., и виосгу его ПОДНЯТИЯ Я

По сходу подкокка в вертикальном направлении определяют величину криволинейного участка растворения 1ц ; « которую отождествляли с глубиной ненизка раствора-расплава в капилляре. 81-з.я к толщину капиллярноЛ полости • с// , определяли /?{ из формула

и знап Ь^ и толщину капилляра вычисляли £?£ по

формула

Полагая, что сечение формы мениска раствора-расплава в направлении, шрпендикулярноп плоскости подлояек, имеет форму дуги округлости, определяли краевой угол смачивания

9 ~9о°- аъс (4

В обще» случае поверхность ядоссти иоя:ет отклониться от ;фзрической, тогда согласно уравнению Лапласа / 2 И - поверг:-JOCTHOO натяяение растзора-рясплага СГ для' слояной криво-шнейной повзрхности определяется из фор;<улн

■да р - плотность раствора-расплава, г/сн3;

д. - ускорение свободного падения, с м/с .

Исследовались температурные зависимости коэффициента порэрх-юстногэ натяжения и краевого угла с;:£Г-шзагал раствора-расплава Gq-P в интервала теулзратур ?Й\3-Э50°С, a Tasass вдиянчз кон-;антрации A¿ в ргеплаго lt-.-Al-p на © и б" при 00°G. Следует отмотать, что поднятие раствора-расплава в кгпкл-ярэ наблюдалось только при

Т2 600°С и полностью отсутст-овало при кеншсс теггперзтураж (550-700°С). -

"Зила экспериментально показано, что поверхностное «¡»тгаегае аствора-распдзва Ga-P укеньсается практически линейно в ш-эрвала температур от.800°С до 950°С с повмгением температуры соответствии с выражением

- 7100 -J8T, гдэ jS»-5,85 дан/см.град.

- температурный коэффициент,поверхностного нат.тазнил,

- темпаретура раствора-расплава, °С. .

Выло такне показано, что отсутствие поднятия яидкой фазы капилляре при низких тегузературах, вероятно, связано с увели-:кием краевого угла смачивания рчствора-расплава при пошяении ¡мпературц в интервале 950-800°С, достигая значения ^Go-p" S5,4°C при 800°С. .

Креме того, показано, что для Ga-AE-P/Р добаБ1са алю-ния в расплав !?q ~ О приводит к незначительному увеличению аевого угла смачивания и уменьшению коэффициента поверхнсст-го на.-яжения раствора-расплава, примерно на (10*15) % .для дкой фазы, равновесной с твердой фазой состава Gqo.s A Eos Р » е. повышение концентрации алюминия в растворе-расплаве Qa~A¿~P приводит к заметному ухудшению скачивания пед-кки расплавом к, как следствие, к затруднению проведения

ь-циллярной кидкофазной зпитаксии.

Таким образом, в результате проведенного исследования получены данные по краевому углу смачивания и удельному поверхностному натяжению для системы ffa-P/&ар и Go -А£-Р/ Ga Р в интервале температур 800*950°С, и эти данные послужили основой для выбора усугзий капиллярной ¡кидкофазной эпитаксии.

Процесс изотермической капиллярной жидкостной зпитаксии проводился в специальной графитовой кассете в потоке водорода, описанной во втором параграфе. -

При совместном перемещении подлоякодержателей капиллярный пакет, образованный двумя подложками Оа Р приводили в контакт с ненасыщенным по фосфору раствором-расплавом Ga-At-P• За счет сил поверхностного ватяаения раствор-расплав Qa -At-P заполняет капиллярный пакет и начинает растворять поддонки Ga Р . В результате* согласно выдвинутой модели (см. ниже) на подложке

Ga Р образуется слой твердого раствора Ига y-y А £х Р Очистка поверхности от раствора-расплава Рй -АС- Р осуществлялась следующим образом.

Переиец^ один из подлоякодергателей относительно другого, ыы уменьшали объем'капиллярной плоскости. При этом контакт капилляра с основным объемом жидкости не прерывался. В этом случае еидкость из капиллярной полости поступает в основной объем раствора-раышава. В результате поверхность слоя полностью очищается от раствора-расплава.

Исследование химического состава и оценку толщины супертонких слоев Ga^xAixP проводили методом профилирующей Оае-спак-троскопии.

Исследовались толщина выросшего слоя и распределение химических элементов по толщине слоя в зависимости от степени ненасыщенности раствора-расплава, от толщины капилляра и от времени контактирования подложки с раствором-расплавом.

С увеличением степени ненасыщенности жидкой фазы наблюдается увеличение толщины выросшего слоя и изменение качества поверхности слоев: от зеркальной до матовой. Зеркальная поверхность как правило, характерна для ненасыщенных раствор-расплавов, когда Д Т (степень перегрева раствора-расплава) не превышает С^О0!],, а матовая поверхность характерна для ЛТ> 20°С.

Характерно, что концентрация фосфора в слое зависела от степени ненасыщенности раствора-расплава, используемого для капиллярной видкостной эпитаксии; для зеркальных слоев, когда ¿Т не превышало примерно 25°С концентрация составляла около 50 ат%, а длй матовых слоев, когда А Т > 25сС концентрация фосфора уменьшалась до 30 ат%. Такое видимое уменьпение концентрации фосфора в эпитаксиальных слоях было обусловлено появлением включений галлия в слое при больших степенях ненасыщенности зидкой фазы.

Толщина выросшего слоя практически линейно увеличивалась в интервале от 200 до 1000 А с увеличением толщины капилляра от 50 до 500 мкм. В этих слоях содержание алюминия практически линейно увеличивалось от границы раздела слой-подложка к поверхности слоя, достигая максимальной величины, соответствующей составу твердого раствора, равновесного с жидкой фазой в капилляре. •

Характерно, что поверхность супертонкого слоя, как правило, содержит примеси кислорода и углерода, концентрации которых максимальны на поверхности (10+15 ат%) и плавно убывают практически до нуля на толщине 30-100 А.

Исследование толщины в зависимости от времени контактирования проводилось в интервале 10"^ * 10^ с. при толщине капилляра с! я 150 мкы. Толщина слоя сложным образом зависела от времени контактирования•подложки с жидкой фазой; в середине интервала 1* 10*% толщина слоя увеличивалась почти в два раза, а по краям практически не зависела от времени.

Таким образом, в результате исследования процесса изотермической капиллярной жидкофазной эпитаксии было показано, что на границе слой-подложка всегда образуется супертонкий слой с Е^ и , с увеличивающейся практически линейно в направле-

нии. роста слоя, а толщина супертонкого слоя зависит от условий эксперимента, от степени ненасыщенности раствора-расплава, ст толщины капилляра (т.е. от массы раствора-расплава) и от времени контактирования тройней жидкой фазы с подложкой.

Далее обсуждается механизм образования супертспких слоев ,в процессе изотерической капиллярной жидкофазной эпитаксии.

Существует три точки зрения на механизм образования супер-

тонких слоев. Согласно работы / 3 /, образование супертонкого слоя происходит за счет частичного растворения подложки в исходном растворе-расплаве с последующей рекристаллизацией твердого раствора. Согласно.второй точки зрения / 4 /, образование слоя происходит за счет диффузии алюминия в подложку .

Третья точка зрения / 5 /, гласит, что механизм образования тонкого слоя зависит от величины несоответствия параметров кристаллической решетки подложки и выращиваемого слоя ( йй/а « 0) Ногда разница параметров решеток подложки и выращиваемого слоя велика, происходит сначала растворение подложки, а затем рост . слоя. Когда разница незначительная, образование слоя происходит за счет диффузии из жидкой фазы в твердую. Анализ полученных ■ нами экспериментальных результатов привел нас к выводу о том, что в (?а Р образование супертонкого слоя в основном происходи за счет эпитаксии, а не диффузии алии шип.

Этот выеод сделан на основе следующих фактов:

1. Толщина слоя зависела от тещины капилляра, т.е. от массы исходного расплава (в случае диффузионной модели .толщина слоя не должна зависеть от толщины капилляра).

2. Толщина слоя определялась временем контактирования подложки с расплавом и ¡тактически не зависела от времени термообработки слоя при температуре эпитаксии (в случае диффузионной '• модели толщина слоя должна зависеть от времени термообработки)."

3. Толщина слоя зависела от степени ненасыщенности раствора-расплава (в случае диффузионной модели она также не должна зависеть от степени ненасыщенности).

В работе обсуждается модель образования супертонких слоев при контакте 3-х компонентной жидкой фазы (как Ненасыщенной, так и насыщенной) с бинарной подложкой. Согласно выдвинутой модели, образование слоя происходит следующим образом. При контакте ненасыщенной жидкой фазы С-а - А £ - Р с подложкой <?а Р происходит растворение слоя подложки и образование граничного слоя жидкости, обогащенной фосфором. ' .

Б результате последующего.изотермического смешивания (за счет взаимной диффузии алюминия и фосфора) граничного слоя с объемом :;;.ш!лляра происходит пересыщение раствора-расплава и кристалл;«..'ацш: твердого раствора. Поскольку, в рьаультате сме-

шивания, концентрация алюминия в граничном слое возрастает то и в растущем слое концентрация алюминия таете увеличивается в сторону его поверхности.

С целью обоснования предложенной модели в работе дан тер-иодннаиический анализ устойчивости бинарной подложки в 3х-ксмпонентной. жидкой фазе, а также получен расчет толщины кристаллизирующегося слоя в зависимости от толщины капилляра. Согласно термодинамическому анализу, выполненному по методике / 6 /, контакт подложки даже с насыщенной жидкой фазой будет; приводить к ее' растворению с последующей кристаллизацией твердого раствора.

Расчет толщины выросшего слоя в зависимости от толщины капилляра показывает, что толщина слоя пропорциональна толщине капилляра. На основании того факта, что характеры расчетной и скспержентальной зависимости толщины вырссиего слоя от толщины капилляра совпадают, а содержание A¿ Р в слое увеличивается к его поверхности, был сделан вывод о правомочности преднояекной модели образования слоя.

Итак, з результате анализа экспериментальных данных по за-мсшостхг толщины выроспего слоя от степени ненасыщекностя исходного растзора-расплава, от времени контактирования и от толщины капилляра, а таюзо сравнение экепзр;шентальных и расчетных рдниых по зависимости толщины слоя от толщины капилляра показывают, что образование супертонкого слоя происходит в результате эпитакскальной кристаллизации, а но диффузии алюминия из жидкой фазы в подложку Ga Р

Четвертая глава посвящена изучению электрических и фотоэлектрических свойств Att Р р-п- структур, изготовленных капиллярной жидкофазной эпитаксии при охлаждении.

Здесь анализируется зависимость фототока короткого замыкания р-П - структур от энергии фотонов при падении на нее светового потока перпендикулярно плоскости р-п - перехода, с учетом влияния на фототок поверхностной рекомбинации, а тлк-гг.а рассматривается приыенительность теоретических рассмотрений к варизонным р-п - структурам.

Методом капиллярной лидкофазной эпитаксии путем охлаждении на подлояке р - ffo Р / III / были изготовлены эпитаксиальныв

упругодеформированные р- А Р(Щ)-Н-<гсц-х А Р(Тч) структуры. Состав Х^ в области перехода был максимален (в разных структурах Щ изменялась от 0 до О,ТО) и плавно уменьшался по направлению роста слоя, достигая на поверхности Х^ = 0*0,75. При этом для разных структур

5 ' Ю-3 + 5 • Ю-2 мол.доля/мкм, что соответствует '

¡АЕд1* 5 + 10 эВ/см и ¡А Е0\= 20+ ЮО эВ/см. '. •

При^ выращивании эпитаксиальнсго слоя твердого раствора 9а(-хА1цР на подложке с иной постоянной решетки Р сначала растет упругодеформированный слой, а затем, с увеличением толщины слоя, слой становится пластически деформированным. Таким образом, зпитаксиальный слой АС*-Р может оставаться упруго-деформированным при заданной А^ только до определенной толщины с/кр » а при заданной толщине слоя существует предельный состав Хкр выше которого начинается пластическая деформация. Критическая толщина перехода из упругодеформи-рованного состояния в пластически деформированное определялось из выражения

~ Ху - О, Об > где с/кр= с)рИ^п - общая толщина слоя;

/у - состав твердого раствора в области * р-П -перехода.

Омические контакты изготавливались напылением в вакууме

- 2/7 к р -области (сплошнбй) и Ад-Те. к П - области (точечный) при температуре

300+350 °С. Из выращенных структур изготавливались образцы в форме параллелепипеда пло- -щадью 2x2 м.\£.

Далее изучались зависимости вольт-емкостных ( ВЕХ ) и вольтамперных характеристик ( В АХ ) от ширины запрещенной' зоны в р-п -переходе.

Для всех исследованных р-/7 - структур В £ зависимость описывается выражением: С А(ис- У) ■'. - » что свидетельствует о резком распределении электрически активных примесных центров в слое объемного заряда.

■* 1о —

Показано9 что емкостное напряжение отсечки ( 1ЛС ) увеличивается от 1,65 до 2,0 В при увеличении в окрестности

р-/? - перехода от 2,25 до 2,35 оВ.

Показано, что сирина слоя объемного заряда для всех иссле-девзнш.х структур составляет 0,2-5-0,4 мкм, а концентрация электронов з П. -области составляет (1-5)' Ю^см"3.

3 мссябдос.ннух р-п - структурах независимо от величины сирины запрещенной зоны в р-п - переходе 8АХ при напряжениях 1\Т- -С О, имеет гид

гхр (с^и/'Х, КТ) ч- йац гхр Нт)

гдо " заряд электрона 1 » -Таг предэкспо-

иенциаяыше шожители я 1,8*2,0; О «1,1+1,3;

К - постоянная Больцмана: ^

7' -- абсолютная температура.

Показано, что при плотностях тока 3 Ю~3 А/см~", что соответствует ХТ-ЦГ* <£, О■< Ос. , составляющая тока Цо! ?.хр(а.и¡^ !{Т) 'обусловлена рекомбинацией носителей в слое объемного заряда, а составляющая КТ) преоб-

ладает при Цг < Ц ■С и обусловлена рекомбинацией

пссптолсй в обьемэ полупроводника.

Далоа рассмотрены влияние уровня легирования, места расположим р-п -перехода и состояния поверхности на спектры фоточувствительпости' А? ¡-ц А£х Р р-г. - структур, освещенных со сторона П -области перпендикулярно плоскости

р-п - перехода.

Показано, что изменение соотношений уровней легирования р и П -областей может привести к существенному изменению диффузионно-дрейфовых носителей в таких структурах и как следствие, к изменению места расположения фотоактивной области.

Показано, что по мере уменьшения толщины Я -области фототок сначала увеличивается, а затем, когда толщина П -области становится соизмеримой с диффузионно-дрейфовой дтаной неосновных носителей, максимум спектра фототока уменьшается из-за увеличения роли поверхностной рекомбинации. Следовательно, кеияя положение р~П -перехода относительно освещаемой поверхности, можно управлять спектром фоточувствптельностн

G-a^fAExP p-n - структур.

Показано, такг.а, что состояние поверхности оказывает'существенное влияние на крутизну спада коротковолновой части спектра ф о т о чу в с т в и т ел ь н о с ти.

Из спектров фототока короткого замыкания Jfi , в зависимости от состава XJ в области р - /; -перзхода показано, что с ростом ,у в области р~п -перехода от 0 до \ ,75 край спектра фототока смещается из синей области в ультрафиолетовую, а энергия максимума - h^m спектра меняется от 2,8 до 3,35 оВ соответственно.

Квантовая эффективность в максимума спектра исследованных структур уменьшается от 0,5 до 0,1 эл.фотон"* с увеличением анергии падающих квантов от 2',5 до 5,0. оВ. Спзкч-р широкополосный и тлеет участки: длиноволновый ( Eg<cli}/-£ 3,0 оВ), с ppfiKo возрастающим Ij. { ^V »3,0*3,1 оВ), плавно уцонв-иаюцимся Ij- ( hV «3,I5i4,0 зВ) и с постоянном IJ- • ( hV а -4,145,0 эВ).

Из анализа спектра фоточувствительиости било показано, что наличке чувствительности в дликоволновой области спектра обусловлено поглащениегл света на непрямых оптических пароходах и спектральный коэффициент поглощения ~ 10 "с:.П, поэтому навоз« mosho исключить чувствительность в дишоволновой области для данного материала. Резкое возрастаний Zf ■ в области анергий фотонов hv ^3,0i-S,I эВ связанопоглощением света на прямых оптических переходах, где ¡{у- Ю^см"*.

Области плавного уменьшения и постоянного- 1 f обусловлены скоростью поверхностной рекомбинации'неравновесных носителей. G увеличением энергии падающих квантов возрастает роль поверхностной рекомбинации неравновесных -носителей и уменьшается доля неравновесных носителей, достигших р-н - переход.-

Поэтому для увеличения фоточувствительности структур в ультрафиолетовой области спектра необходимо уменьшить скорость поверхностной рекомбинации неравновесных носителей.

ОСНОЕШЕ вывода

1. Разработан ¡летод изотермической ::шдкофазной эпитаксии АН* Р слоев с увеличивающейся шириной запрещенной зоны

п градиентом Л Еп п направлении к поверхности слоя.

На основе этого метода созданы супертонкие слои толцшой ЦС0±Ю00 А).

2. йсслодовшш особенности капиллярного эффекта в системах О-а-Р/ОаР > Ой-АЕ-Р/й?Р и температурные зависимости краевого угла с^ачнв-ния и удельного поверхностного натяжения рлстзорп-расплапа в интервале температур 800^950 °С для систем

Ьо -Р/£оР , Оа - /1 £ - Р/Св Р.

3. Разработана методика создания упругодеформированных ультрафиолетовых фотодиодов.

Исследованы электрические свойства и спектральная фото-чуЕСТзитезьность уяругодеформ^ованных А?х Р Р-П -

структур з интервале энергий фотонов от 2,0 до 5,0 еВ.

4. Используя разработанную методику созданы фотсприемникп та основе Оа{.хА£ц Р Р-Н - структур, у которых максимум спектра фототока составляет 3,1 зВ (начало ультрафиолетовой области), а квантовая фотсчувстзителыюсть - 0,5 эд/фотон.

Результаты, изложенные в диссертации» опубликованы в работах:

1. Исследование электрических свойстз варизопних 5ч А Р

структур. / соавторы - М.С.Юнусов, Ю.Ю.Абдуражанов, Е.В.СбаОд'сов //Известия ЛИ УзССР, сер. физ.-мат.-1987. - Я5.-С.63-66.

2. Фотоэлектрический эффект б вариэоишх О-о |_дг Л Р

р-П - структурах/ соавторы - М.С.Юнусов, Э.Ю.Абдурахманов, Е.В.Объедков // Известия АН УзССР, сер. физ.-мат.- 1937. -»6. - с.41-43.

3. йндкофазкая зпитаисия супертонних слоев соединений ОаА£Р /соавторы - М.С.Юнусов, Ю.Ю.Лбдурахманоз, А.А.Пат-

тахов // Тезисы ХП-Всесоюзной конференции по физике полупроводников. г.Киев, 23-25 октября 1990 г.. - 126.

4. Использование полупроводниковых фотоприемшкив для определения концентрации вредных веществ в газовой среде / соли;-

торы - Ю.Ю. Абдурахманов, Н.А.Ахмедова // Тезисы УП-Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену, Ташкент, 21-23 октября 1991. - с.175.

5. Изотермическая кидкостная зпитаксия тонких { 1000 А) слоев АИхР / Соавторы - М.С.Юнусов, Ю.Ю.Абдурахыанов, А.А.Паттахов //Узбекский физический журнал. - 1991г. - ).о. с.

6. Исследование капиллярного эффекта в системе

/ соавторы - М.С.Юнусов, Ю.Ю.Абдурахыанов, А.А.Паттахов It Узбекский физический иурнал. - 1991г.- ft I.,- с.67-70.

ЛИТЕРАТУРА.

1. А.Н.Иыенков, А.А.Стамкулов, В.В.Царенк в, В.Ф.Шорин, Ю.П.Яковлев ЯП, 12, с.948-951, 1978г.

2. Ю.Ю.Абдурахыанов, С.Е.Клименко: В.Е.Корсуков, Ю.Н.йков-лйв Письма ХСГФ, т.8, вып. 12, с.762-765, 1932.

3. А.Адамсон. Физическая химия'поверхности, с.9-43, 11,: Мир, 1979.

4. Kozdos Pt Powa££e R.A. Panicfi Л1.В

Appt PhyS ¿£¿¿366-268, I979r,

5. Smaii R, Woo сна it Cf.M

hpptPhys. 35 , 209-210, 1979.

6. Ю.В.Волхобитяноб, В.И.Юдаев. Письма в ЖТ$, 8, с.1031-1085, 1982 г. (

7. В.Н.Вигдорович, А.А.Селен, Ун др. Неорганические материалы, 17, I98L- с.10-13. • ' '

Подписано в печать "2.S.II.91 г. За ка s 387 ь_Ти gas _100 _ок э Отпечатано на ротапринта в СПТУ й 2 г.Ташкент, ул.Нурхон, 21«