Модифицированные поверхности арсенида индия, обработанной в парах халькогена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

рт ^ ОД - з ы г:п

ТАТОХИН Евгений Анатольевич

/С',' с

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ АРСЕНИДА ИНДИЯ, ОБРАБОТАННОЙ В ПАРАХ ХАЛЬКОГЕНА.

Специальность 01.04.10 - Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико - математических наук

ВОРОНЕЖ - 2000 г.

Работа выполнена в Воронежском государственной технологической академии

Научный руководитель:

доктор физико - математических наук, профессор Безрядин Н. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Сыноров В. Ф. доктор физико - математических наук, профессор Бугаков А. В.

Ведущая организация:

ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится 6 апреля 2000 г. в 152и часов на заседании диссертационного совета Д 063.48.06 при Воронежском государственном университете по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл. 1, ауд. 243.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной технологической академии.

Автореферат разослан 3 марта 2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Маршаков В. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полупроводники AniBv в настоящее время широко используются для создания быстродействующих электронных и мощных СВЧ приборов, а также оптоэлектронных устройств инфракрасного и видимого диапазонов. В ряду полупроводниковых соединений типа AHIBV особое место занимает арсенид индия. Это обусловлено, во-первых, малой шириной запрещённой зоны (Eg=0,38 эВ) и, во-вторых, малой эффективной массой электронов (т е=0,025). Благодаря малой ширине запрещённой зоны арсенид индия является удобным материалом для изготовления фотоприёмников ИК - диапазона и светофильтров. Вследствие же малой эффективной массы электронов, а значит и высокой подвижности (рп~30000 см2/(В-с), чувствительность этого соединения к магнитным эффектам на один - два порядка выше чем в германии. В последнее время в полупроводниковой электронике ярко выражены тенденции к непрерывному уменьшению размеров активных областей приборов. Вследствие этого поверхности и границы раздела оказывают всё более заметное влияние на их характеристики.

В идеальном случае поверхность или граница раздела представляет собой резкий барьер, позволяющий четко разграничивать внутренние области прибора или установить его внешние границы. Поверхность большинства полупроводников AnIBv характеризуется высокой плотностью поверхностных состояний в запрещённой зоне, что приводит к жесткому закреплению уровня Ферми, положение которого на поверхности практически не зависит от природы адсорбированных атомов. Это обстоятельство отрицательно сказывается на работе многих микро- и оптоэлектронных приборов, мешая реализации потенциальных возможностей этих полупроводников.

В последние годы интенсивно изучаются условия формирования совершенной границы раздела с малой плотностью поверхностных состояний в гетеросистемах с кристаллическими слоями широкозонных полупроводников типа Am2Bv'3 (например Ga2Se3 - GaAs). В связи со сказанным актуально изучение условий формирования тонких монокристаллических плёнок халькогенидов элементов III группы и электронных процессов на поверхности других полупроводников AniBv, перспективных для микроэлектроники.

Цель работы. Установить закономерности формирования гетеро-структур на основе арсенида индия со слоями широкозонных полупроводниковых материалов типа Аш2В^з и открепления уровня Ферми вблизи его поверхности.

Основные задачи исследования вытекают из цели работы:

1. Исследование условий формирования структурно совершенных слоев типа Аш2Ву,3 на подложках ГпАэ.

2. Исследование электрофизических свойств полупроводниковых слоев типа АШ2ВМ3 на подложках 1пЛ5.

3. Исследование кинетики формирования слоев А1112ВУ13 на поверхности 1пАз методом гетеровалентного замещения.

4. Исследование положения уровня Ферми вблизи поверхности арсенида индия в процессе обработки её в парах халькогенов.

Объекты и методы исследования. Исследовались гетероструюуры 1п283 - 1пАэ, 1п2Те3 - ЬАб, 1п2хОа2(1_х)Те3 - 1пАз, 1гь8е3 - ГпАб, сформированные на подложках из монокристаллического арсенида индия. Слои Аш2ВУ13 на подложках ГпАб формировались методом гетеровалентного замещения в анионной подрешётке элемента Ву на халькоген в процессе термического отжига. Слои 1п2Те3 и ]п2А.Оа2^.л)Те, формировались методом газо-фазной эпитаксии из независимых источников.

Исследование структуры и состава полученных плёнок проводилось методами электронографии, электронной микроскопии, рентгеноспек-трального и Оже - анализа. Толщина полученных слоев определялась методами эллипсометрии и растровой электронной микроскопии. Электрофизические свойства гетероструктур исследовались методами зонда Кельвина, а также по зависимостям составляющих полной дифференциальной проводимости при частотах тестового сигнала (102 -ь 10б) Гц и сквозного тока в гетероструктурах от температуры в диапазоне температур (80 -н 500) К.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что слои 1п2Те3, полученные на поверхности ГпАб методом гетеровалентного замещения (ГВЗ) мышьяка в анионной подре-

. шётке арсенида индия на теллур вблизи комнатных температур проявляют собственную проводимость. При этом концентрация центров локализации заряда (ЦЛЗ) в слоях 1п2Те3, 1п2хОа2(Ьх)Те3 (х=0,б5), полученных методом газо-фазной эпитаксии на порядок выше, чем концентрат« этих же ЦЛЗ в плёнках теллуридов, полученных методом ГВЗ на тех же подложках.

2. Показано, что тонкие плёнки соединений типа АШ2ВУ13 с кубическими структурами типа сфалерит могут формироваться на подложках из А1" "В4 методом ГВЗ независимо от существования этих фаз в массивных образцах этих же соединений. Описаны три ранее не наблюдавшиеся кубические фазы селенида индия.

3. Установлены кинетические механизмы формирования слоев 1п28-, на поверхности 1пА$.

4. Установлен факт открепления уровня Ферми на поверхности арсенида индия после обработки её в парах серы и селена. Измерены значения термодинамической работы выхода 1п28з » 1п28ез.

Практическая значимость работы:

1. Разработанные и предложенные в диссертации способы формирования тонких слоев полупроводниковых соединений в квазизамкнутом объеме из раздельных источников могут использоваться для получения на поверхности исходного материала различных по составу и совершенных по структуре тонких пленок.

2. Практический интерес для электронной промышленности представляют технологические условия и методы формирования гетероструктур на основе 1пАз со слоями 1п2Те3, 1п2хОа;1(1_Х)Тез, 1п283 и 1п28е3 с совершенной границей раздела.

3. Исследуемые в работе плёнки полупроводников типа АШ2ВМ3 могут быть использованы для защиты поверхности элементов микроэлектроники на основе полупроводников типа а'"Вч от внешних воздействий, а также для разработки новых типов полевых приборов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В результате исследования гетероструктур 1п2Тез - 1пАз, 1п2хОа2(|_Х)Те3 -1пАз установлено:

• граница раздела в гетеросистемах 1гьТе3 - 1пАз, полученных методом гетеровалентного замещения (ГВЗ) мышьяка в анионной подрешётке арсенида индия на теллур, характеризуется высокой плотностью макродефектов;

• плёнки 1п2Те3, полученные методом ГВЗ, на поверхности 1пАз обладают собственной проводимостью в области температур, близкой к комнатной;

• граница раздела в гетеропереходах 1п2Те3 - 1пА5, 1гьхС1а2(1_х)Те3 - 1пАз, полученных методом соиспарения из независимых источников элементов, имеет низкую плотность макродефектов, однако концентрация центров локализации заряда в слоях теллуридов, по данным температурных зависимостей дифференциальной проводимости и ёмкости, более чем на порядок превышает концентрацию этих же центров в слоях 1п2Те3, полученных методом ГВЗ.

2. В процессе отжига арсенида индия в парах Б или Бе на поверхности подложек формируются плёнки 1п283 и 1п25е3, соответственно:

• в процессе гетеровалентного замещения мышьяка в анионной подрешётке арсенида индия на селен, в зависимости от ориентации подложки в диапазоне температур (570 ч- 630) К происходит образование тонких плёнок селенида индия с кубической структурой типа сфалерит (а0~5,55 А), не существующей в массивных образцах 1п28е3;

• наиболее совершенная, в структурном отношении, граница раздела слой подложка достигается в гетероструктурах (гьБсзМпАб.

3. Процесс гетеровалентного замещения в системе 1пАб - Б протекает в два этапа: на первом, скорость процесса лимитируется скоростью химической реакции гетеровалентного замещения на межфазной границе; на втором, процесс протекает по диффузионному механизму, и скорость формирования слоя ограничена скоростью диффузии серы в сульфид индия.

4. В процессе обработки поверхности арсенида индия в парах 5, Бе и Те происходит открепление уровня Ферми на его поверхности.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XXXV отчётной научной конференции ВГТА (Воронеж, 1996 г); XXXVI отчётной научной конференции ВГТА (Воронеж, 1997 г.); XVII Российской конференции по электронной микроскопии, (Черноголовка, 1998 г.); XXXVII отчётной научной конференции ВГТА (Воронеж, 1998 г.); втором Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, 1999 г.); международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах" (Ульяновск, 1999 г.); международной конференции "Релаксационные явления в твёрдых телах" (Воронеж, 1999 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 работах.

Объём и структура диссертации. Диссертация содержит 145 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 5 таблицы и по структуре состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитируемой литературы, включая 173 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во-введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе сделан литературный обзор по теме диссертации. Сформулированы задачи настоящего исследования.

В первом разделе приведены известные литературные данные о влияния адсорбции на зарядовые состояния поверхности, где установлено, что при адсорбции атомов металла, полупроводника и, что особенно важно, кислорода возникают поверхностные электронные состояния (ПЭС), причём концентрация их увеличивается по мере заполнения поверхности адсорбатом. Вследствие этого происходит закрепление уровня Ферми в

определённом энергетическом интервале. В ряде работ отмечается, что с целью снижения плотности ПЭС, а также улучшения параметров и расширению функциональных возможностей приборов, принцип работы которых основан на эффекте поля (полевые гетероструктуры - полевой транзистор со структурой МДП, прибор с зарядовой связью и др.), вместо слоя подзатворного диэлектрика эффективнее использовать различные многослойные композиции, такие как МДГ1П, МДП ДП, МП ДП, где П - полупроводниковый слой с толщиной, сравнимой или значительно меньше Дебаевской длины экранирования. Помимо условия на толщину слоя, отмечается также необходимость использования материала П с большей шириной запрещённой зоны, чем в полупроводнике П и малость сквозного тока в гетероструктуре по сравнению с суммарным генерационным током в области пространственного заряда (ОПЗ). Кроме того, для снижения плотности ПЭС необходимо, чтобы кристаллическая структура слоя П была аналогична структуре полупроводника П, и при этом рассогласование кристаллических параметров было незначительно. Наиболее полно сумме этих требований могут удовлетворить соединения из класса полупроводников со стехиометрическими вакансиями типа А'"2Ву'з. Во втором разделе данной главы даётся обзор литературных данных о структурных и электрофизических свойств полупроводниковых соединений типа АШ2ВУ|3. В третьем разделе первой главы даётся обзор известных технологических принципов формирования полупроводниковых гетероструктур.

Вторая глава посвящена исследованию условий формирования, структуры и электрических параметров гетероструктур 1п2Те3 - 1пАб и 1гьчСа;>(|.х)Тез - 1пА5. Известно, что арсенпд индия, как типичный представитель соединений АШВ4', имеет кристаллическую структуру типа сфалерит с постоянной решётки 6,06 А. Из соединений А'^В4'1;;, кристаллизующихся также в решётке типа сфалерит, наиболее близкое к арсениду индия значение параметра кристаллической решётки имеет теллурид индия (6,16 А) — рассогласование решёток менее 0,02 %. Кроме того теллурид индия по ширине запрещённой зоны (~ 1,1 эВ) и удельному сопротивлению (~ 10'Ом е) вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалу П для полевых гетероструктур на основе арсенида индия.

Было показано, что при получении слоёв 1п2Те3 на подложках из 1пАз методом гетеровалентного замещения (ГВЗ) Аб в анионной подре-шётке подложки на теллур, структура границы раздела содержит высокую плотность макродефектов. Получение более совершенной структуры переходной области между 1п2Те3 и 1пАб возможно непосредственным осаждением слоя 1п2Те3 на арсенид индия в отсутствии химического взаимодействия между 1п2Те3 и 1пАз. Теллуриды (1п2Те3, Са2Те3) относятся к классу сильно диссоциирующих соединений с инконгруэнтным характе-

ром испарения. В связи с этим, получение слоев теллуридов индия на поверхности осуществлялось в специальном двойном квазизамкнутом объёме (КЗО). В таком КЗО реализуется принцип раздельного регулирования в паровой фазе или у конденсирующей поверхности парциальных давлений элементарных компонентов напыляемых соединений. В выбранных температурных режимах (температура подложки Т„ ~ (570 ч- 580) К, температура источника теллура ТТс - (570+620) К, температура источника индия Т|„ ~ 1200 К) на поверхности подложки из InAs формировался конденсат, состав которого по данным РСМА и Оже - анализа соответствовал стехиометрии 1п2Те3.

Структура слоя, по данным электронографии "на отражение", при Т„ ~ (570 + 580) К соответствовала поликристаллу. Качественный фазовый анализ проведённый по этим электронограммам свидетельствовал о принадлежности материала слоев, полученных описанным выше способом, ß -фазе 1п:Те3 с упорядоченными вакансиями. Дальнейшее повышение температуры подложки приводит к образованию текстурированного, а, начиная с Т„ > 600 К - монокристаллического слоя 1гъТе3.

Полученная в таких условиях гетерограница In2Te3 - InAs не содержит макродефектов, образующихся в этих системах, формируемых методом ГВЗ. Однако, в отличии от плёнок, полученных методом ГВЗ, эти плёнки имели микроструктуру мозаичного монокристалла.

Для более полного согласования кристаллических решёток контактирующих фаз в данной работе использовался метод напыления в КЗО из независимых источников элементарных компонентов для получения слоев соединения In2xGa2(i.x)Te3 Выбор этого соединения был обусловлен тем, что при значении стехиометрического коэффициента х ~ 0,65 достигается полное соответствие параметров кристаллических решеток теллу-рида In,.3Gau.7Te3 и InAs. Напыление является единственно возможным в данном случае способом получения, поскольку метод ГВЗ ограничен в отношении получения слоев соединений, не содержащих элемент подложки.

В выбранных температурных режимах (Тп~ 650 К, ТТс ~ (570+620) К, Т]„ ~ 1250 К, TGa ~ 1300 К) на поверхности InAs формировались слон, стехиометрия которых по данным Оже - спектрального анализа и РСМА соответствовала In( 3Ga0,7Te3. При скорости роста ~ 1 нм/мин и температуре подложки ~ 650 К на поверхности InAs, по данным электронографии "на отражение", образовывались слои с монокристаллической структурой. Электронограммы оказались подобными полученным ранее для монокристаллических слоев 1п2Те3 на InAs (рис. 1). Микроструктура полученных слоев была аналогична микроструктуре слоев теллурида индия, полученных методом газо-фазной эпитаксии.

Рис. 1 Электронограммы "на отражение" от плёнок Тп=620 К, хтМ, в модифицированном КЗО

Важным фактором, влияющем на качество полупроводниковых ге-тероструктур является плотность центров локализации заряда в плёнке и на границе раздела. Параметры ЦЛЗ полученных гетероструктур определялись методом температурной зависимости дифференциальной проводимости и ёмкости, а также методом температурной зависимости сквозной проводимости. Из анализа этих зависимостей (рис 2) были получены энергии активации глубоких центров, ответственных за возникновение максимумов на температурной зависимости дифференциальной проводимости. Из анализа частотной зависимости параллельной составляющей дифференциальной проводимости, полученной из зависимости С(Т), и температурной зависимости сквозной проводимости были оценены концентрации этих центров, а также их сечения захвата и времена релаксации. Расчётные объёмные значения >1, составляют для центров с Е(~0,36 эВ, N,=(1,2 н- 7,4) • 10'5 см"3 в 1п2Те3, И, до 1016 см"3 в 1п2хСа2(1.х)Те3 при и 5 ■ 1015 см'3 в 1п1?3Са о,7Те3, для Е(=0,49 эВ в 1п2Те3 N ,=(4 7,8) • 1015 см"3 и Е(=(0,58 -ь 0,6) эВ в 1п1-3Оа 0,7Те3 N (=б,4 • 1015 см'3. Величина постоянной времени релаксации соответствующих центров для уровней с энергией Е, ~ (0,5 -ь 0,6) эВ составляет т = (7,94 -=- 7,96) • 10"4 с и для уровней с £,-0,36 эВ т = (3 -ь 4,6) • 10"° с. Центрам, имеющим энергию активации Е, ~ (0,5 0,6) эВ соответствуют значения сечения захвата ~ 10"12 см"2, центрам с энергией Е, ~ 0,36 эВ значения ~ 10"14 см"2. Полученные значения сечения захвата центров позволяют предположить, что центр с энергией Е, ~ 0,36 эВ представляет собой нейтральную ловушку, а центр с энергией Е, ~ (0,5 -5- 0,6) эВ донорного типа. Концентрация тех же центров в плёнках теллу-ридов, полученных методом ГВЗ более чем на порядок меньше, чем в слоях теллуридов, полученных методом газо - фазной эпитаксии.

(Ст/ш)-10-10, Ом"1 с

Рис. 2 Температурная зависимость дифференциальной проводимости (1,2, 3) и ёмкости (4, 5, 6) гетероструктуры 1п2Те3 - 1пАе при нулевом потенциале на А1 - контакте. Частота тестового сигнала: 1, 4 - 200 Гц; 2, 5 - 700 Гц; 3, 6 - 2 кГц. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что пленки теллури-дов, полученные методом ГВЗ, судя по концентрации ЦЛЗ, являются практически собственными. Таким образом, плёнки теллурида индия, полученные методом ГВЗ, в близи комнатных температур по типу проводимости являются собственными, но на межфазной границе присутствует большое число макродефектов, в то время как в гетероструктурах теллу-рид индия - арсенид индия, полученных методом газо - фазной эпитаксии, такие микродефекты отсутствуют, но концентрация ЦЛЗ в этих слоях на порядок выше, чем концентрация таких же центров в этих же слоях, полученных методом ГВЗ.

В третьей главе приведены результаты исследования условий обработки подложек из арсенида индия в парах серы в специальном КЗО для гетеровалентного замещения. При давлении паров серы ~ 1СГ2 мм. рт. ст. и температуре подложки ~ (450 + 600) К на поверхности арсенида индия формировались слои, стехиометрия которых по данным РСМА отвечала стехиометрии 1п253.

Анализ микроизображений поперечных изломов исследуемых гете-роструктур, полученных в РЭМ, свидетельствовал о хорошем качестве

гетерограницы. Качественный фазовый анализ, проведенный по электро-нограммам гетероструктур 1и283 - ¡пЛб, свидетельствовал, что на поверхности арсенида индия в описываемых температурных режимах формируется кубическая фаза сульфида индия со структурой шпинели. Кубическая сфалеритная фаза сульфида индия наблюдалась только на начальных этапах формирования плёнки, и уже на стадии её коалисценции на дифракционной картине появляются рефлексы, характерные для шпинеливой фазы сульфида индия (рис. 3).

Для оптимизации технологических режимов получения описываемых гетероструктур проведено исследование кинетики процесса ГВЗ. По результатам измерений была построена температурная зависимость скорости процесса. Толщина слоев сульфида индия определялась методом эллипсометрии. Из анализа полученной зависимости были оценены энергии активации, соответствующие двум ступеням процесса.

Рис. 3 Типичные электронограммы "на просвет" поверхности InAs (111) после отделения от подложки плёнкиIn2S3.

Они составляли Ei=3,29 эВ/атом для участка с большим наклоном и Е2=1,47 эВ/атом для участка с меньшим наклоном.

Из анализа полученной зависимости был сделан вывод, что на начальных этапах формирования слоя скорость процесса лимитируется скоростью химической реакции ГВЗ, а при толщинах слоя больших 500 А скорость процесса ГВЗ лимитируется диффузией серы через сульфид индия.

Контроль положения уровня Ферми вблизи поверхности образца в получаемых гетероструктурах осуществлялся методом контактной разности потенциалов (КРП) на приборе с вибрирующим зондом Кельвина. Результаты измерений представлены виде зависимости термодинамической работы выхода от толщины формируемого слоя (рис. 4). Анализ этой зави-

симости показывает, что при отсутствии слоя уровень Ферми вблизи поверхности образца закреплён на 0,13 эВ выше дна зоны проводимости, что соответствует результатам, приведённым в литературе. При толщине слоя ~ 80 А положение уровня Ферми вблизи поверхности образца соответствует положению уровня Ферми в объёме арсенида индия. При толщинах слоя больших 500 А зависимость термодинамической работы выхода имеет вид характерной полочки. На этом участке зависимости определяется термодинамическая работа выхода сульфида индия.

ХРВ

Л,95

4 i>

4,85

4,75

0 200 4.Ю 600 8Ы> 100(1 12011 1400

d,Ä

Рис. 4 Зависимость термодинамической работы выхода поверхности гетероструктуры In2S3 - InAs, от толщины сформированного слоя.

Как уже отмечалось ранее, фаза сульфида индия со структурой сфалерита наблюдалась только на начальных этапах формирования слоя. Фаза же с упорядоченными вакансиями имеет структуру шпинели с удвоенным периодом кристаллической решётки, что приводит к возникновению дополнительных электронных состояний на гетерогранице. Кроме того, рассогласование решёток сульфида индия со структурой типа сфалерит и арсенида индия составляет -11,3 %, что также снижает качество границы раздела.

В четвёртой главе приведены результаты исследования условий обработки подложек из арсенида индия в парах селена. Обработка в парах селена также проводилась в специальном КЗО для ГВЗ. Давление паров селена поддерживалось ~ 10"2 мм. рт. ст. При температуре подложки из

1

£

интервала (570 630) К на поверхности арсенида индия формировались слои второй фазы. Качественный РСМА полученных образцов свидетельствовал о том, что на поверхности подложек присутствует селен. Анализ последовательности межплоскостных расстояний и отношений квадратов межплоскостных расстояний

Рис. 5 Типичные электронограммы "на просвет" от поверхности 1пАз (100) (а), 1пАз (111) (б), обработанной в парах селена.

свидетельствовал о тем, что на поверхности арсенида индия формируются слои со структурой сфалерита и параметром решётки ~ 5,6 А. Следует отметить, что до сих пор кубических фаз со структурой сфалерита и таким параметром решётки для селенида индия описано не было. Из анализа электронограмм видно, что на поверхности ¡пАб (100) слой формируется в направлении [100] (рис. 5 а). Причём, на дифракционной картине присутствуют рефлексы характерные для случая двойникования гранецентриро-ванных кристаллов в плоскости (100). На поверхности подложки (111) на начальных этапах плёнка формируется в направлении [ПО], что можно объяснить реконструкцией поверхности арсенида индия аналогичной той, которая наблюдается нц, сколах, полученных в сверхвысоком вакууме (рис. 5 б). При незначительном увеличении толщины к направлению роста [110] добавляется направление [123]. На микроизображении поверхности образца (111) наблюдается характерный параллельный муаровый узор, который свидетельствует, во-первых, о том, что вторая фаза действительно является кубической, а во-вторых, о качественной границе раздела и зпитаксиальности полученных плёнок.

При температуре подложки из интервала (630 + 670) К на поверхности подложки (100) формируются слои в направлении [100] со структурой сфалерита и параметром 5,6 А. Однако анализ электронограмм свиде-

тельствует о сильном двойниковании в плоскости (100). Об этом же говорит и микроизображении поверхности образца на котором наблюдается характерный контраст типа полос смещения. На поверхности (111) арсе-нида индия в описываемых температурных режимах формируются слои в направлении [111]. Анализ последовательности межплоскостных расстояний и отношений квадратов межплоскостных расстояний рассчитанных на основании электронограмм, показал, что структура слоев аналогична кубической структуре сульфида индия с упорядоченными вакансиями. Параметр кристаллической решётки составлял ~ 11,3 А. Стоит также отметить, что ранее такая структура для селенида индия не описывалась. На микроизображениях поверхности образца (111) наблюдается двумерный муаровый узор.

При температуре подложки из интервала (670 -г 710) К на поверхности арсенида индия формировались слои стехиометрия которых по данным РСМА соответствовала стехиометрии In2Se3. На поверхности InAs (100) за время ~ 15 мин. формировались слои толщиной около 1 мкм. Структура слоя была крайне неоднородна, что связано, по всей видимости, с сильным двойникованием в процессе роста плёнки. На поверхности (111) за тоже время формировались слои толщиной ~ 7000 А. Структура слоя оказалась аналогичной структуре теллурида индия с упорядоченными вакансиями. Период кристаллической решётки составлял ~ 16,7 А. Ранее существование такой фазы также не отмечалась.

Положение уровня Ферми в данных образца контролировалось методом КРП. Из анализа зависимости термодинамической работы выхода от толщины формируемого слоя было установлено, что при толщине плёнки - 80 А происходит открепление уровня Ферми. В целом зависимость оказалось аналогичной ранее полученным зависимостям для гете-роструктур с сульфидом индия (рис. 2). Однако ширина ОПЗ в данном случае несколько больше, что может свидетельствовать о более качественной границе раздела и микроструктуре плёнке селенида индия по сравнению с о слоями теллуридов и сульфида индия.

Основные выводы и заключения.

1. Для получения слоев соединений A"'2Bvi3 сложного состава предложены способы и разработаны конструкции квазизамкнутых объёмов с использованием независимых источников компонентов, и метода гетеро-валентного замещения. Исследованы условия получения гетеросистем 1п2Те3 - InAs, In2xGa2(i-X)Te3 методом газо-фазной эпитаксии, а также условия получения гетеросистем In2S3 - InAs, Jn2Se3 - InAs методом re-

теровалентного замещения в анионной подрешётки АШВУ в процессе термического отжига подложек в парах халькогена.

2. Определены параметры центров локализации заряда в напыляемых слоях 1п2Те3 и 1п2Са2(].Х)Те3. Для центров с Е,~0,3б эВ, N,=(1,2 ч- 7,4) • 1015 см"'' в 1п2Тез, 14, до 1016 см"3 в 1п2хОа2(|_х)Тез при х^1 и 5 ■ 10|5см"' в 1п| 3Са0.7Те3, для Е,=0,49 эВ в 1п2Те3 N ,=(4 - 7,8) • 1015 см"3 и Е,=(0,58 + 0,6) эВ в 1П| зСа0,7Тез N (=6,4 ■ 1015 см""\ В гетероструктурах 1п2Те3-1пАз, полученных методом ГВЗ, плёнка 1п2Те3 обладает собственной проводимостью.

3. Процесс формирования слоев сульфида индия на поверхности арсени-да индия методом ГВЗ протекает в два этапа. Оценены энергии активации, соответствующие двум ступеням процесса. Они составляют Е,=3,29 эВ/атом и Е2=1,47 эВ/атом. На начальных этапах формирования слоя скорость процесса ГВЗ ограничена скоростью химической реакции, а при толщинах слоя, превышающих 500 А, скорость процесса лимитируется диффузией серы в сульфид индия.

4. Показана возможность формирования тонкие плёнки селенида индия со структурой, не свойственной объёмным образцам данного соединения, а именно: с кубической структурой типа сфалерит (а0~5,55 А). В процессе увеличения толщины плёнки наблюдается упорядочение вакансий в кристаллической структуре плёнки и образование новых кубических фаз: типа шпинели (а0~11,3 А), а также типа р-1п2Те3 (а0~16,7

А).

5. Установлено, что в процессе обработки арсенида индия в парах халь-когенов происходит открепление уровня Ферми вблизи его поверхности.

Таким образом, отсутствие фазы с кубической решёткой типа сфалерит в массивных образцах 1п25е3 не исключает возможность формирования совершенной границы раздела в гетеропереходе 1п28е3 - ГпАб методом ГВЗ в процессе термического отжига подложек в парах селена. На наш взгляд, образование кубических фаз Гп28е3, описанных в данной работе, обусловлено особенностями способа ГВЗ, когда формирование новой фазы происходит в решётке, обрабатываемой в халькогене подложки арсенида индия, а также ориентирующим влиянием полярных плоскостей арсенида индия.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Безрядин Н. Н., Буданов А. В., Татохин Е. А. Центры локализации заряда в гетероструктуре А1 - 1п283 - 1пАз. // Тез. доклада, ВГТА, XXXV

отчётная научная конференция за 1996 год, с. 47.

2. Буданов А. В., Татохин Е. А., Моргунов В. Н. Электронные процессы в полупроводниковых гетеропереходах на основе систем АШ2ВУ|3 - 1пАз. // Тез. доклада, ВГТА, XXXVI отчётная научная конференция за 1997 год, с. 31.

3. Агапов Б. Л., Безрядин Н. Н., Буданов А. В., Лихолёт А. Н.. Прокопова Т. В., Татохин Е. А., Сумец М. П., Шлык Ю. К. Модифицирование метода напыления в квазизамкнутом объёме для получения слоев сильно-диссоциирующих соединений с инконгруэнтным характером испарения.// Вестник ВГТУ, серия "Материаловедение", 1997, в. 1.2, с. 66 -71.

4. Безрядин Н. Н., Буданов А. В., Татохин Е. А., Щевелёва Г. М., Агапов Б. Л. Электронно-микроскопические исследования межфазной границы 1п25е3 - 1пАб. // Тез. докладов "XVII Российская конференция по электронной микроскопии - 98", Черноголовка, 1998 г., с. 85.

5. Безрядин Н. Н., Буданов А. В., Татохин Е. А., Шлык Ю. К. Получение тонких плёнок полупроводниковых соединений в квазизамкнутом объёме.//ПТЭ, 1998, №5, с. 1 -3.

6. Безрядин Н. Н., Буданов А. В., Татохин Е. А. Открепление уровня Ферми на поверхности арсенида индия, обработанной в парах серы. // Материалы XXXVII отчётной научной конференции ВГТА за 1998 г., с. 62.

7. Буданов А. В., Татохин Е. А., Агапов Б. Л. Получение и структура гетероперехода 1п25е3 - 1пАз. // Материалы XXXVII отчётной научной конференции ВГТА за 1998 г., с. 63.

8. Безрядин Н. Н., Татохин Е. А., Буданов А. В., Прокопова Т. В. Центры с глубокими уровнями в монокристаллических слоях соединений типа Л|И2ВМз. // В кн: Труды международной конференции "Физические процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах", Ульяновск: У л ГУ, 1999, с. 48.

9. Безрядин Н. Н., Буданов А. В., Татохин Е. А., Агапов Б. Л., Котов Г. И. Явления саморганизации при гетеровалентном замещении в системе полупроводник А'"ВУ - халькоген. // Второй всероссийский семинар "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении", Тез. докладов, Воронеж, 1999 г., с. 151 - 153.

10. Безрядин Н. Н., Татохин Е. А., Буданов А. В., Бороденко Р. В., Котов Г. И. Релаксация дифференциальной проводимости и ёмкости гетеро-структур на основе 1пАз и ОаАБ, сформированных в халькогенеодер-жащих средах. // В кн.: "Релаксационные явления в твёрдых телах", Междунар. конференция, Тез. докладов, Воронеж, 1999 г., с. 83 - 84.

11. Безрядин Н. Н., Татохин Е. А., Арсентьев И. Н., Буданов А. В., Линник

А. В. Положение уровня Ферми на поверхности арсенида индия, обработанной в парах серы. // ФТП, 1999, т. 33, в. 12, с. 1447 - 1449.