Структура та iнжекцiйна електролюмiнесценцiя гетеропереходу ZnO—ZnSe одержаного методом радикало-променевоi гетеруючоi епiтаксii тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РТ6

оа

, б ДЕН №5

БЕРДЯНСЫШИ ДЕРЖАВШІЙ ІшДАГОГІЧШШ ІНСТИТУТ

На правах рукопису РОГОЗІН Ігор Вікторович

СТРУКТУРА ТА ІНЖЕКЦІЙНА ЕЛЕКТРОЛЮМІНЕСЦЕНЦІЯ ГЕТЕРОПЕРЕХОДУ 2пО~2п8е ОДЕРЖАНОГО МЕТОДОМ РАДИКАЛО-ПРОМЕНЕВОЇ ГЕТЕРУЮЧОЇ ЕПІТАКСІЇ

01.04.10 — фізика напівпровідників та діелектриків

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вчепого ступеня кандидата фізшіо-матеїяатншшх наук

Бердянськ — 1990

Робота виконана на кафедрі фізики Бердянського Державного педагогічного' інститута ім. П. Д. Осипенко'.

Наукові керівники:

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор Котляревський М. Б.

кандидат фізико-математичних наук, доцент Левонович Б. Н.

доктор фізико-математичних наук, професор Стиров В. В.

кандидат фізико-математичних наук, доцент Яновський О. С.

Головна організація: Донецький державний університет

Захист дисертації відбудеться ' » /ЬОС (З 'УТіО/і р.

оІ£_ .год. хвил. на засіданні Спеціалізованої вченої Ради

К 08.04.01 при Запорізькому державному університеті, за адресою: 330600, м. Запоріжжя, вул. Жуковського, 06.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Запорізького державного уиіверситєта.

Автореферат розіслано «.

А (Р » 1чю$'гп /с л.

1996 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої Ради К 08.04.01

кандидат фізико-математичних наук ШВЕЦЬ Ю. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Унікальність властивостей напівпровідникових сполук групи А2В8 — широка заборонена зона, високий квантовий вихід фотолюмінесценції, велика величина константи електромеханічного зв’язку — обумовлюють інтенсивні дослідження можливості їх застосування у оптоєлектроішці, акустоелектрониці, лазерній техніці. Хороша випромінювальна здатність обумовлена великого імовірністю випромінювальної рекомбін’ції за наявністю прямих міжзошшх переходів, висока фоточутливість забезпечують перспективність застосування цих сполук для створення джерел та приймачів світла, здібних прзцюзати у всьому видимому діапазоні довжини хвиль. Однак сполуки групи А2В6 з шириною забороненої зони більш ніж 2,5 еВ мають монополярну, а саме електронну провідність, а для створення основних елементів оптоелектроніки — ефективних світло- та фотодіодів потрібні р-ц переходи.

Все вище зазіпчине відноситься й до селеніду цинка, ширина забороненої зони якого 2,7 еВ при 300 К, Що дозволяє отримувати на його основі джерелі світлі з блакитно-голубим випромінюванням. Проблема отримання .випромінюючих структур тісно зв’язана з отриманням р-ц переходів та МДН- структур маючих ефективну електролюмінесценцію. .

Розв’язання проблеми отримання випромінюючих р-п переходів на основі А2В'' залежить від розробки надійних засобів керування складом власних точкових дефектів, які в основному й визначають люмінесцентні та електрофізичні властивості цих матеріалів, у тому числі тип провідності, та час життя носіїв. Лише в останні роки розроблені фізико-хімічні основи керування складом власних точко-

вих дефектів у сполуках А2В'І. Одпим із засобів зміни складу влас них дефектів для збільшення надстихеометрії по металоїду, є від пал у активованому парі металоїдного компоненту (радикало-про менева гетеруюча епітаксія). Така активація призводить до різкогс (на кілька порядків) збільшення у парі халькогена концентраці' дисоційозаних до нейтральних атомів молекул халькогена. Ці нейт ральні атоми (радикали) мають високу хімічну активність та адсорб ційну здатність до поверхні кристалу на відміну від молекул. Ц{ різко змінює умови адсорбційно- десорбційно- кристалізаційної рів новаги на поверхні кристалу і дає можливість отримувати кристал> зі складом дефектів комтролююмим у широкому діапазоні.

Для отримання інжекційних джерел світла можуть бути вико ристані також МДН- структури. Особливе місце у збудженні єлек тролюмінесценції у цьому випадку мають процеси пов’язані з гуне люванням носіїв струму крізь шар ізолятора. Тонкий шар ізоляторе (як правило окислу) відокремлюючий металевий електрод від напів провідника, може забезпечити тунелювання електронів у напівпровідник або з нього (в останньому випадку має місце інжекція дірок). Отримані таким чином неосновні носії можуть вшіроміню вально прорекомбінувати з основними як безпосередньо, так і черє; центри випромінювальної рекомбінації. Ефективність роботи таких МДН- структур, а також гетеро структур з р-п переходами в перш} чергу визначається станом межі розподілу структур.

Мета роботи: отримання випромінюючих структур 2пО—2п8е методом радикало-променевої гетеруючої епітаксії. Комплексне дослідження поверхні, стану межі розподілу структур, а також дослідження їх оптичних та електричних властивостей.

Наукова новизна рооош полягає у слідуючому:

]. Вперше систематично вивчено вилив параметрів радикало-про-мснєзої гетеруючої епітаксії (температара підкладки, час відпалу, К'ццентрація атомарного кисню) на структуру отримуємих шарів окису цинку. Визначені умови отримання моиокристалічішх та текстурованих шарів окису цинку.

2. Вперше методами оже-спектроскопії, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС), вторишю-іоішої масс спектроскопії (ВІМС) досліджено процес окислення поверхні селеніду цинку у широкому інтервалі температур. Установлено, що продуктами окислення поверхні 2пБе У інтервалі температур 250— 3500С є фази 2пО. 2п5е04. БеОг- При температурах більш піл; 4005С присутня тільки фаза 2пО

3. Вперше експерсментально показано (за даними оже-спектро-скопії, РФЕС, ВІМС), що при рості шарів окису цинку на підкладці селеиіда цинку конкурують два механізми росту елітаксіальний та дифузійний.

4. Ззпропонованч методика керування механізмами росту шарів окису цинку. Показано, що попередня імплантація підкладки селеиіда цинку іонами цинку та аргона дозволяє значно знизити дифузію кисню у об’єм підкладки 2п5е, при цьому нарощування шарів экису цинку відбувається за епітлксіальним механізмом.

5. Розроблені методика стримтння інжекційних електролюміне-ецуючих структур на основі низькоомного селеиіда цинку методом аадикало-променевої гетеруючої епітаксії.

Г>. Досліджено електрофізичні та випромінювальні властивості структур, отриманих *а різних уме з синтезу. Визначені умови отримання МДН — структур, гетеро- та гомо- р-ц переходів.

Практична цінність роїоти полягає в тім, що експериментальн підтверджена правильність запропонованої моделі гетерофазної еп: таксії. Розроблені ндукозообгрунтовані технологічні режими оде{ знання випромінюючих структур на основі селеніда цинку, методо; радикало-променевої гетеруючої епітаксії

Основні положення, що виносяться на захист:

1. Для гетерофазної системи 2пО—2Пве запропонована модел дефекоутворення, яка враховує дифузію адсорбірованої компонент металоїду (кисню) в об’еді селеніда цинку.

2. Результати дослідження оксидування поверхні селеніда цинк і межі розділу структур дозволили експериментально підтвердит правильність запропонованої моделі гетерофазної епітаксії. Експері ментально підтверджено існування двох механізмів росту — диф; зійного і епітаксіального.

3. Спосіб керування співвідношенням швидкостей дифузійної й епітаксіального росту шарів окису цинку. Показано, що попере, ня імплантація підкладки селеніда цинку іонами цинку і аргону наступним відпалом в атмосфері атомарного кисню призводить г епітаксіального нарощування шарів окису цинку.

4. Технологія одержання електролюмінесцируючих' гетер о- і гом р-п переходів на базі низькоомного селеніда цинку методом раді кало-променевої гетеруючої епітаксії та МДН- структур з плівко окису цинку в якості діелектричного шару.

5. Результати дослідження р-п переходів і МДН - структур і

основі селеніда цинку дозволили зробити висновок про інжекційні механізм збудження електролюмінесценції. .

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доновід лись на конференціях і нарадах:

1. III Всесоюзній конференції «Матеріалознавство халькогени них напівпровідників», Чернівці, 1991.

,2. II Всесоюзній конференції «Фізичні основи надійності і дегра-ації напівпровідникових приладів», Кишинів, 1991.

3. Координаційній Раді AH СРСР «Люмінесценція і її викори-тання в народному господарстві» (секція: фізичні проблеми опто-л.ктроніки), Бердянськ, 1992.

4. і Одеському міжнародному семінарі «Комп’ютерне моделюван-ія електронних і атомних процесів у твердих тілах», Одеса, 1992.

5. VII Всесоюзній — І Міжнародній нараді «Фізика, Хімія 1 ’ехнологія Люмінофорів», Ставрополь, 1992

•6. Міжнародній конференції «ТНЕ FIRST INTERNATIONAL CONFERENCE ON MATERIAL SCIENCE OF CHALCOGE-vIDE AND DIAMOND-STRUCTURE SEMICONDUCTORS»,

:hernivtsi, ш

7. Міжнародній школііко'нференції «INTERNATIONAL 5CHOOL-CONFERENCE ON PHYSICAL PROBLEMS IN MATERIAL SCIENCE OF SEMICONDUCTORS», CHER-. \4VTSI, №95.

8. Міжнародній конференції «INTRNATIONAL CONFERENCE ON RADIATION EFFECTS ON SEMICONDUCTOR MATERIALS, DETECTORS AND DEVICES», FIRENZE, ITALY,

l'9S8.

9. Міжнародній конференції «INTERNATIONAL CONFE-RENSE ON LUMINESCECE AND OPTICAL SPECTROSCOPY OF CONDENCED MATTER», PRAGUE, CZECH REPUBLIC, 109

СТРУКТУРА І ОБ’ЄМ РОБОТИ

Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, висновків і спи-екд цигоззної літератури із 188 найменувань. Загальний об’єм роботи склав 168 сторінок мшшнописного тексту, 3 таблиці, 50 ма* люнків.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформована її мета і завдання. Наведені основні результати і положення, які виносяться на захист.

Перша глава є обзором опублікованих даних з структури і енергетичного положення власних дефектів селеніда динна і окису цинка, і їх впливу на люмінесцентні і електричні властивості. Обговорюється використання термодинамічного і кінетичного підходів До аналізу складу і концентрації власних дефектів в бінарних напівпровідниках А2В\ Розглянуті термодинамічні фактори, які визначають тенденцію цих з’єднань до монополяриої (електронної) провідності. Із термодинамічного і кінетичного аналізів виходить, що для отримання діркової провідності в 7.пь, 2п5е, 2пО термообробку необхідно проводити в парі металоїда з підвищеною (в порівнянні з рівнова-говощ) концентрацією атомарної компоненти, при температурі нижче так званої критичної. Обговорюються дані з електролюмінесценції інжекційних структур на основі селеніда цинку і окису цинку. Розглянуті основні методики одержання- випромінюючих структур на основі АВ, обговорюються труднощі і можливі шляхи вирішення, пов'язані з одержанням випромінюючих структур.

У: другій главі розглянута модель дефектоутворешія для гетерофазію'* системи 2пО~ИгіБе. Запропонована система кінетичних рівнянь, яка описує процеси дефектоутворення.

Модель нарощування шарів 2пО може бути представлена слідуючим чином. Компонент В (металоїд—кисень) надходить із газової фази, а метал А (цинк) із об'єму базового кристалу. Природно припустити, що у випадку початкового надлишку компоненту А в . базовому кристалі при такій добудові в першу чергу з об’єму вихо-

дть міжзузлозил компонент Аі (2т)- У випадку стехіометричного :ристалу, а також з надлишком мет?.лоїда, із об'єму виходять для оЗудови поверхні атоми металу, які нормально займають місця у ■металічних вузліх, залишаючи вакансіііні дефекти — ^г2п, які олодіють акцепторними властивостями. Тому підкладка набирає лісно-дефектну провідність. Так як наростання шарів йде на кри-талічній матриці, то цей процес нагадує епітаксіальний, відрізняю-ись від нього тим, що другий компонент надходить із об’єму самої гатриці. Через те процес бул0 названо квазіепітаксія, а технологія— адикало-променева гетеруюча епітаксія.

Запропонована модель дєфектоутворешія для гетерофазної ситими 2пО—2п5е дозволила змоделюзати ті режими квазіепітак-ії, при яких утворюються різкі чи плазні гетеропереходи, а також онцентраційні співвідношення власних дефектів в цих структурах.

Спссіо отримання шарів 2пО на підкладці 2пБе заснований на ідтлі останнього в потоці атомарного кисню. Потік атомарного кис-к> міиязея з .межах 1014—1019 см-2С-‘-. Температура відпалу зміню-злась ч межах 300—800°С. Товщина отримуваних шарів складала ,01 — 10 мкм. Для отримання атомарного кисню використовували Ч-чезряд.

Аналіз спектрів фотолюмінесценції шарів 2пО П — типу, отриманих на базі кристалів 2пБе показав, що екситонна люмінесценція редставлещ характерними полосами низькотемпературного (Т—77К) льтрафіслетогого свічіння 2пО. обумовленого аннігіляцією вільно-

о А- екситону ( ^ = 367,8 нм), зв’язаного {= 369,0—369,5 нм) і юнонними повтореннями вільного А- екситону з максимумами при 74,7; 383,4; 392,0 нм. В спектрах фотолюмінесценції шарів ХпО , — типу провідності спостерігається інтенсивна фіолетова смуга з Дідах ■= 400 н:«, за яку відповідальний однократно позитивно за-

ряджений асоціат (У-2пЛ^+0)- Така пропозиція обумовлена тіш, що при збагаченні 2ї\0 киснем скорочується концентрація йог0 вакансій і підтримування електронєйтральності відбувається за рахунок перезарядження частини цих вакансій до двохзарядного стану.

Спостерігаєм] зміни спектрів фотолюмінесценції оброблених кри-стілів 2пБе (поява «зеленої смуги» 525 нм) обумовлені зміною складу і структури власних дефектів самого базового кристала 2пБе-

Третя глава прнспячена дослідженню поверхні і межі розподілу отримуваних структур. Практично всі експерименти по дослідженню структури стримуваних плівок 2пО були виконані на структурах з товщиною плівки 2пО -2—5 мкм. Структура отриманих плівок досліджувалась з допомогою просвічуючого електронного мікроскопа ПЕМ-100, в режимах мїкродифракції і на просвіт. Точне визначення параметрів грати здійснювалось на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-2 з використанням Си* вигіромішон *ішя.

За даними електронної мікроскопії плівки 2пО, одержані в інтервалі температур 350—700°С зі швидкістю росту ОД—2 мкм/гоД, характеризуються наявністю монокристалічної структури. На основі дифрактометричних досліджень зроблений висновок, іцо на підкладці базового кристалу з орієнтацією (110), описаним вище методом одержані монокристалічні шари 2пО з гексогональною структурою, базисна площина якої співпадає з щільно упакованою площиною підкладки.

Розрахунок .параметра кристалічної решітки плівки 2пО дає значення 5,2047 А, що добре узгоджується з відомою величиною пара-

негра С гексагонально! решітки ZnO. Збіг параметра решітки з її йшіовагсшш значенням говорить про відсутність мікронапруг в іліпні. - ■

Плівки ZnO з текстурою зародження (0001) були отримані при липкості росту 4 — 5 мкм/год. Електронограми плівок ZnO поля-ають із переривчастих дуг і точкових рефлексів. Рентгеноструктур-\iiii аналіз свідчить про наявність аксіальної структури з вісьго С іерпондикулярною плсіднні підкладки і розсіюванням осі текстури і 0 не більше 2—3°.

Підвищення швидкості росту до 6 мют/гої і температури підкладні до 800—900°С призводить до ресту непрозорих шарів ZnO. Елек-ронограми плівок показують відсутність пеоеважної орієнтації, ша-щ ZnO мають полікристалічну структуру. Вочевидь, що підвищення [іпидкості росту викликає погі-ошення структури плівок. Із зменшеній м швидкості росту процес формування шарів ZnO стає більш рів-юважним. Адатомн встигають влаштуватися п решітку до утворення лідуючого шару, що призводить до підвищення якості структури. ІІвігдкість росту контролюється температуроюпідкладки і потоком пеню. ...

Фазовий і домішкошш склад нпрів ZnO. а тиіож ступінь стехіо-іетрії досліджували за допомогою рентгенівського фотоелектронного пєктрометра PHI-5500 ESCA SYSTEM. Лінії спектрів збуджува-ись рентгенівським винромішо ашіям АІ-Ка з енергією квантів ■186,6 еВ. Спектри калібрузали по абсолютних значеннях енергії в'язку Is лінії вуглецю (Е"а~284,6 еВ). Для очистки поверхні і изначення концентрації еле.ментіз в залежності від глибини, зразок равили іонами Аг з енергією 3 каВ. Досліджували спектри остовах електронів CiS, Ois. Zn2p3/2. Seads/*.

Елементний склад шарів ZnO, одержаних при температурі відпалу збо°С представлений слідуючим чином: Zn?>p — 46%, OiS — 06% і Seal”) — 1в%. Такий ірозподіл елементи рказує на присутність декількох фаз. В спектрі 2р — електронів Zn знятих з високим розділенням спостерігається інтенсивні лінія з енергією зв’язку 1021,75 еВ і «плече» із сторони більших енергій зв’язку з енегією 1022,9 еВ, Лінія з Еяв = 1021,75 еВ відповідає фазі ZnO- Аналіз лінії з Езв = 165,0 еВ дозволяє зробити висновок про існування фази БеОг- Лінія з Езв = 1022,9 еВ зв’язана з фазою ZnSeO-f

Підвищення температури росту до 330°С призводить До зменшення інтенсивності ліній з Езв = 165,0 еВ і Езв — 1022,9 еВ. Одночасно з цим зростає лінія з енергією зв’язку 1021,75 еВ, пов'язана з фазою ZnO- 3 підвищенням температури відпалу інтенсивність лінії 1022,9 еВ поступово падає і при 400°С зникає. При температурі відпалу 350°С лінія з енергією зв'язку 165,0 еВ зникає, це говорить про те, що фаза БеОг ПРИ даній температурі відпалу дєсор-бірує з поверхні в газову фазу. При температурах відпалу 400°С і вище в спектрах спостерігаються лінії Zn2Ps/2 ~ Езв = 1021,75 еВ і 0:S — Езв = 530,4 еВ. В інтервалі температур 400—800°С елементний склад шарів ZnO характеризується приблизно рівним співвідношенням цинку і кисню.

Стан межі розділу плівка — підкладка досліджено на оже-спект-рометрі PHI-660 SAM та іонному профілометрі PHI-6600 SIMS-Ступінь взаємодифузії компонент плівки і підкладки оцінювалась за концентраційними профілями Zn, Se і О за глибиною структури.

Встановлено, що з підвищенням - температури, відпалу спостері-

гається уширення Перехідного шару. ІЗбільшення часу відпалу таКоЖ призводить до збільшення перехідного шару. Видно існування дифузійних хвостів, межа розподілу .розмита. При товщині шару 2пО в 6 мкм ширина перехідного шару складає біля 1 мкм. Варіювання часом відпалу і температурою підкладки дозволяє сформувати досить різкі переходи.

Велика ширина перехідного шару свідчить про те, що ріст шарів гпО йде по обох механізмах — епітаксіальношу і дифузійному. На початкових етапах переважає епітаксіальний механізм росту. Це обумовлено тим, що на перших стадіях росту шари ^пО Формуються за рахунок міжузлового цинку 7пі. а в подальшому формуванні приймають участь атоми цинку, які нормально займали місце в вузлах кристалічної решітки, залишаючи вакансійні дефекти Угп. Із збільшенням товщини шару 2пО дифузія цинку із об’єму підкладки, знижується і ріст шарів 2пО проходить за механізмом заміщення Зе на ОТаким чином, проведені дослідження підтверджують існування Двох механізмів росту — кзазіепітаксіального і дифузійного. В останньому випадку швидкість дифузії кисшо крізь решітку кристалу більше, ніж швидкість дифузії цинку на поверхню. Дифузійний механізм через ряд причин небажаний, так як не дозволяє реалізувати головну перевагу методу радикало-променевої гетеругочої епітаксії, а саме: керування власнс-дефектною дірковою провідністю, яка забезпечується власними дефектами акцєпторного типу — вакансіями цинку. Підбором оптимальних умоз росту (температура підкладки, концентрація атомарного кисню, час відпалу) одержуються структури з заданими властивостями.

Для керування співвідношенням швидкостей росту шарів 2пО за епітаксіальним і дифузійним механізмами запропонована методика

Попередньої іонної імплантації підкладки 2п§е іонами цинку і арго ' ну для розпушення решітки. Зразки імплатувались при кімнатнії температурі. Енергія імплатованих іонів при імплантації 2їі склада ла 80 — 100 кеВ, нри імплантації Аг відповідно 300 кеВ. Доза ва ріюзалась у межах 10й—10І?с.м-2. ■

У структурі спостерігаються різкі перехідні шари (менше 300 А) г, порівнянні зі структурами, отриманими при аналогічних умова; на підкладках ЕпБе не імплантованих цинком чи аргоном. Форму V..г.аппя. різкої межі розділу пов’язано з ефектом радіаційно-стимульо .. Еаної дифузії цинку із розпушеного бомбардуючими іонами поверхо ,:':Ого шару ^пБе. Це сприяє тому, що швидкість дифузії 2п на по .. верхню -значно перевищує швидкість дифузії кисню в об’ємі підклад _ ки, л .ріст шарів 2пО проходить - за квазієпітаксіальним механізмом

' ' В четвертії! главі запропоновані результати досліджень випромі нюючйх та електрофізичних властивостей структур на основі селені Да цинка, отриманих методом радикало-променевої гетеруючо' ^епітаксії. .

■ Спектри електролюмінесценції структур 2пО—2п5е, одержа них при Твідп. = 350—400°С і потоці атомарного кисню 1014—

' 10!5 см-2с-' ідентичні спектрам фотолюмінесценції вихідних низько омних кристалів 2п$е. При кімнатній температурі представленні' інтенсивною блакитною смугою 3-тах = 462 нм і широкою оран-;кевою смугою ^ гпах = 620 нм. Люкс-амперна характеристика смуі добре апроксимується виразом В ~ Значення К Для блакитно':

і оранжевої смуг дорівнюють відповідно 2 і 1,4.

На основі аналізу ВАХ і С-У характеристик встановлено, що ц: структури є МДН-струкгурами з тунельно-інжекційним механізмом стру.мопроходження і збудження електролюмінесценції.

н.

В спектрі електролюмінесценції структур її типу (Т'відй. = о 00—550иС, потік .".томлрного кисню 10]6 см-2с-’) при прямому зміщенні спостерігається смуга в області -162 нм і більш довгохвильово випромінювання в області 580 наї. Інтенсивність синьої смуги від струму пропорційна, І2, а жовто-оранжева Iі, ■*. Підвищення рівня збудження призводить до зростання коефіцієнта К До 2,2—2,4. Збільшення коефіцієнта 1\ говорить про те, що інжекція в область рекомбінації утруднена. Це може відбуватися із-за присутності ском-пенсованої області, тобто внеокоомного і-го шару.

Якщо врахувати, щ0 формування шару 2пО проходить у відповідності з квазіепітаксіиїпш механізмом, тобто обумовлено екстрак-Дієїо 2п із поверхневої області кристалу 2п5е, то виникнення і-го шару стає цілком поясненим. Виходячи із уявлень про кінетику процесу, стає ясно, що при екстракції 2п із селеїшда цинку конкурують два процеси. Перший — це екстракція цинку із приповерхових шарів, що призводить до відхилення зід стехіометрії складу цих шарів в сторону надлишку мєталоїда і як наслідок до перекомпен-сації матеріалу із електронного в дірковий. Другий — це дифузія цинку із об’єму кристала, яка виникає з появою градієнта концентрації цинку між об’ємом і поверхнею кристала. Це перешкоджає формуванню шізькоомного р-шару і сприяє формуванню скомпснсо-вапого і-го шару.

В АХ структур описується рівнянням, характерним для гетеропереходов з досконалою межею розділу. Значення коефіцієнта п змінюється в межах 1,7—2. Таке значення коефіцієнта п свідчить про рекомбінацію носіїв з зсні просторового заряду. Вольт-ємкісна характеристика знята в координатах 1/С1 = { (Уо5р) є прямолінійною, Лінінна залежність свідчить про те, що сформований різкий р-п

Перехід з постійним градієнтом концентрації центрів, утворюючих •просторовий заряд. Екстраполяція отриманої залежності до перетину з віссю абсцис дає значення висоти бар’єру в 2,1— 2,3 В. Однак у деяких зразків спостерігається відхилення прямолінійної залежності. При цьому екстра-польозане значення прямої напруги, відповідне С-2 = 0, виявляється більше Eg,i^Цo можна пояснити наявністю висо-коо.много і-го шару. Судячи по-зсьому, в структурах існує подвійний бар'єр,- на межі р-2пО-і-2п5е та д-ИпБе-п-ХпЭе-

Спектр електролюмінесценції структур, одержаних при Твідп = 600—650° і потоці атом іріюго кисню Ю18 см -2 с -1 істотним образом відрізняється від двох попередніх структур. В спектрі при 300 К. присутні «блакитна» смуга з Д гпах = 467 нм та «зелена» з ~^шах == 525 нм і слабка жовто-оранжева при 615 нм.

Поява нехарактерної для 2пБе «зеленої» смуги 525 нм обумовлена появою шарів р-типу провідності в 2п5е. а природа центру відповідального за неї ідентифікована як комплексний центр, у склад якого входить вакансія цинку (\ггп)-

Люкс-амперна характеристика смуг електролюмінесценції описується виразом В ~ К де К. Дорівнює 1,5 та 1,6 для «блакитної» і «зеленої» смуг відповідно. Зниження показника ступеня К в порівнянні з попередньою структурою свідчить про зменшення і-го шару і про покращення інжекції носіїв в зону рекомбінації.

При напрузі прямого зміщення < 2,5 В в ВАХ структур є прямолінійна ділянка. В цій зоні пряма вітка ВАХ описується формулою Саа-Шоклі-Нойса: 1 = І8ЄХр(е^'/пКТ). Де п виявляється близьким до 2. Останнє свідчить про визначальну роль рекомбінаційної складової струму, протікаючого через структуру. Із ВАХ видно, що

відхилення залежності від експоненціальної починається при напрузі

- 2,5 В, що свідчить про те, що при цих напругах практично відбувається зняття бар’єру. Таким чином, можна зробити висновок, що «исота бар’єру в структурі не менш ніж 2 В. Зважаючи на значення висоти бар’єра можна припустити, що в структурі існує р-п перехід, ,який лежить у області селєніда цинку.

Залежність ємкості від напруги зворотнього зміщення, побудована в координатах 1/С3=[ (Узвор.) лінійна. Той факт, що в цих координатах одержзна лінійна залежність, свідчить про те, що лає місце плавний р-п перехід з постійним градієнтом концентрації центрів, формуючих просторовий заряд. Висота бар'єру визначена із С-У характеристик, складає ~ 2,5 В.

Таким чином, на основі випромінювальних і електрофізичних властивостей структур показано, що в результаті відпалу низькоом-них • кри-сталів 2п8е в атмосфері атомарного кисню, сформований р-П перехід лежачий в області сєленіда цинку. Основним механізмом струмопроходжения в таких структурах, є подвійна інжекція носіїв в і-сбласть структури, яка описується в рамках моделі Саа-Шоклі-Нойса, Поверховий шар окису цинку р-гипу провідності,- виконує роль інжекційного контакту до шару 2 П Б Є р-типу провідності, а також служить «вікном» для виводу випромінювання-;

В закінченні приводиться загальний аналіз основних результатів дисертаційної роботи.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Вперше методами оже-спектроскопії, рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС), вторинно-іонної мас-спектроскопії, (ВІМС) досліджені процеси, які відбуваються на поверхні 2пБе при відпалі в потоці атомарного кисню, в широкому інтервалі температур. Виявлено, що в інтервалі температур 250—350°С продуктами оксидування поверхні гпБе е 2пО, 2п5е04, 3е02. При температурах більше 4ОО0С спостерігається тільки фаза 2пО-

2. Встановлено, що при швидкості росту 0,1—2 мкм/год, при температурі підкладки 2п5е 400—650°С і потоці атомарного кисшо 10"—Ю19 см-2 с-1 формуються монокристалічні шари 2пО. При швидкості росту 4—5 мкм/год отримані шари 2пО, які характеризуються наявністю аксіальної текстури з віссю С перпендикулярною площині підкладки.

3. Виерше експериментально підтверджено (за даними оже-спектроскопії, РФЕС і ВІМС), що при рості шарів 2пО на підкладці ZnSe конкурують Два механізми росту шарів 2пО — дифузійний ті квазіепітаксіальний.

4. Запропонована методика керування механізмами росту шарів 2пО і регулюванням товщини перехідного шару. Показано, що попередня іонна імплантація підкладки ХпБс іонами цинку та аргона, дозволяє подавити дифузійний механізм росту шарів,2пО- На підкладках 2пБе попередньо імплантованих іонами 2п+, Аг+ одержані структури 2^0—з шириною перехідного шару менше 300 А.

5. Встановлено, що при термообробці кизькоомного селеніда цинку в .межах 0,25 — 1 години при Твіди. — 350—400?С і потоці ато-

марного кисшо і О'4 - - 101? см-2с-' формуються МДН- структури З тунельно-інжекційним механізмом струмопроходження і збудження електролюмінесценції.

6. ГІрн Твідп. = 500—550"С і потоці атомарного кисню 10 ю см -2 с -> одержанні! гетеро- р-п перехід. Висота потенційного бар’єру в структурі 2,3 В. ВАХ описується рівнянням, характерним для гетерснереходів, описуваних в рамках моделі Андерсона. Значення коефіцієнта п змінюється в межах 1,7—2, що свідчить про рекомбінацію носіїв в області просторового заряду.

7. Розроблена методика одержання електролюмінесцуючих р-п переходів нд основі низькоомного селеніда цинку, методом радикало-променевої гетеруючої епітаксії. Встановлено, щ0 при обробці в межах 0,5—1 годипн низькоомного селеніда цинку в атмосфері атомарного кисшо при Твідп. = 600—650°С і потоці атомарного кисню Ю'з см-2 с-1 і вінце, формується р-п перехід, лежачий в області селеніда цинку з висотою потенціального бар’єру ~ 2,5 В, механізм струмопроходження якого описується моделлю Саа-Шоклі-Нойса.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ:

1. Котляревский М. Б., Рогозин И. В., Кидалов В. В. (Радиационные Дефекты в имплантированных монокристаллах 2пБе при отжиге в потоке радикалов кислорода // Тез. II Всесоюзной конференции «Физические основы надежности и деградации полупроводниковых. приборов», Кишинев, 1991, с. 31.

2. Котляревский М. В., Белошапка В. Я., Кидалов В. В., Рогозин И. В. (Использование ионного легирования для управления соотношением скоростей диффузионного и гетероэпитаксиального роста

пленок 2пО на 2п$е // Тез. III (Всесоюзной конференции по ма?еряа-ловедению халькогенидных полупроводников, Черновцы, 1991, с- 157.

3. Георго1иани А. А., Белошапка В. Я., Котляревский М. Б.,

Кидало.з В. В., Рогозин И. В. / Управление соотношением скоростей диффузионного и гетероэпитаксиального механизмов роста плёнок 2пО на 7п8е методом ионного легирования // Краткие сообщения по физике, 1992, № 1—2, с. 59—61. -

4. Котляревский М. Б,, Белошапка В. Я , Рогозин И. В., Кида-лоз В. В., ГеоргоЗиани А. А. / Соотношение скоростей диффузионного. и гетероэпитаксиального механизмов роста плёнок 2пО на 2пБе и Э на ЕпБе при рдакало-лучевой гетерирующей эпитаксии // Неорганические материалы, т. 28, № 12, 1992, с. 2288—2293.

5. Котляревский М. Б., Кидалов В. В., Рогозин И. В. / Редкоземельные элементы как люминесцентные зонды механизмов дефектооб-разования при квазиэпитаксии // Тез. 1-Одесского международного семинара «Компьютерное моделирование электронных и атомных процессов в твёрдых телах», Одесса, 1992, с. 7.

6. Георгобиани А. А., Кидалов В. В., Рогозин И. В, / Люминесцентные свойства структур 2п8е—2п5е полученных методом ради-кало-лучевой гетерирующей эпитаксии, с добавками редкоземельных элементов // Тез. VII — Всесоюзного — 1-МеждунароДног0 совещания «Физика, Химия и Технология Люминофоров», Ставрополь, 1992, с. 33.

7. Белошапка В. Я., Котляревский М. Б., Кидалов В. В., Рогозин И. В. / Радикало-лучевая итерирующая эпитаксия как .метод получения световодных и светодиодных структур 2пО—ХпБе // Тез. VII — Всесоюзного — I —Международного совещания «Физика, Химия и Технология Люминофоров», Ставрополь, 1992, с. 362,

8. Георгобиани А. И., КотлярезскнЙ М. Б., Кидалоj В. В., Реор-

гобнани А. А., Рогозин И. В, /' Исслсдо шше механизма роста пленок ZnO и ZnSe полученных методом радикало-лучевой гетериру-ющей эпитаксии на подложках ZnS 11 ZnSe // Неорганические -материалы, Т. 28, № 10, 1 £03, с, 1399— MCQ.

S.. Георгобиани Л. Н., Рогозин И. В., Кидалоз В. В, (Получение структур 2nO — ZnSe методом раднкало-лучег.ой гет-ермрующей эпитаксии // Тез. Международной конференции «The First international Conference on Material Science of Chalcogenide and Diamond-Sructure Semiconductors», Chernivtsi, 1904, p, 24.

10. Георгобиапя A. H„ Котлярезский М. Б„ Рогозин И. В., Кп-далээ В. В../ Струпгуры ZnO — ZnSe получедаые методом ра'я-кало-дучеззй гете..»;ующей вгашисия /, Тез. Международной школы-конференции «international School-Conference on Physical Problems Semiconductors*, Chernivtsi- ГС95, p. 28.

11. ГеоргоЗиаля A, H„ Котлярезскяй М. B., Рогдапи И. В., Лел-нсз Л. С. / Влияние соост:’с;ц1ым дефектов на зксишшгые спектры структур ZnO—ZnO полученных методом радикало-лучевой гете-рирующей эгаттакелн // Тез,. Международной школы-конференцл:! «International Shool-Conference on Physical Problems Semiconductors», Chernivtsi, Ш9Б, p. 1Э2.

12. Георгобиани A, H., Котляревский М. Б., Рогозин И В., Кн-

далоз В. В, / Поверхность слоев ZnO и гетерограшща раздела структур ZnO — ZnSe, полученных методом радикало-лучевой генерирующей эпитаксии // Неорганические материалы, Т. 31, М> 10,

- 1357—1063.

1'3. Georgobiani A. N-, Kotljarevskv М- В., Rogozin Г. V-. Kidalov V. V. / The influence of ion-implantation on optic properties and defects in ZnO — ZnSe structure Ц Тез. междуна-

ровдой конференции «international conference on radiation effects on semiconductor materials, detectors and devices». Firenze, Italy. 1896, P- 86.

14. Kotljarevsky M- B-, Georgobiani A- N-, Rogozin I- V-, Kidalov V- V- / The influence of the post implantation annealing in the atomic oxygen flux on the luminescence of erbium implantid into ZnSe single crystals // Тез. меялумародной кон-фереіщил «International conference on luminecsense and optical of condenced materials», Prague, Czegh Republic, l®96, p. 67.

АНОТАЦІЯ

Рогозін І. В. «Структура та інжекційна електролюмінесценція гетєропереходу ZnO—ZnSe одержаного методом радикало-промене-вої гетеругочої епітаксії». ,

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізнко-ма-тематичних наук за спеціальністю 01.04.10 — фізика напівпровідників та Діелектриків. Бердянський державний педагогічний інститут, Бердянськ, 1996.

Захищається 14 наукових робіт, в яких містяться комплексні Дослідження гетеро структур ZnO—ZnSe одержаних методом радика-ло-променевої гетеруючої епітаксії. Досліджені оптичні властивості отримуємих шарів ZnO П- і р- типу провідності, а також базових кристалів ZnSe. Досліджена структура отриманих шарів ZnO, а також стан межі розділу плівка — підкладка. Установлені оптимальні режими квазіепітаксії, при яких одержані структури з різкою межею переходу. Запропонована методика керування співвідношенням швидкостей дифузійного і квазіепітаксіального росту шарів ZnO з допо-

могою попереднього іонного легування підкладки ZnSe іонами Zn та Аг- & залежності від умов відпалу одержані три типи структур: МДН-структури, гетеро- і гомо- р-п переходи Досліджені їх випроміню-. вальці та електрофізичні властивості.

ABSTRACT

Hogozin I- V- «The Structure and the Injection Electroluminescence of the ZnO — ZnSe Heterojunction Obtained by the Radical-Beam Gettering Epytaxy».

This dissertation is submitted for Candidate’s degree in physics and mathematics, speciality 01.04.10 — physics of semiconductors and non-conductors. Berdyansk State Tea-chers’Training Institute, Berdyansk, 1996.

Fourteen scientific works are presented. They contain complex researches into ZnO — ZnSe heterostructures obtar-ned by radical-beam gettering epytaxy. The structure of the obtained ZnO layers and the state of the film-interstitral site division boirder have been investigated. Optimum modes of quasiepytaxy leading to obtaining structures with a sharp transition border are defined. The methods of controlling the rapidity correlation of the diffusion and quasiepytaxy growth of ZnO layers by means of the preliminary ion alloying of the ZnSe interstitaI site with Zn and Ar ions are saggested in the work. Depending on the conditions of alloying three types of structures have been obtained: the MIS — structure and the hetero- and homo- p-n junctions. Their radiation and electrqphysical properties are also investigated.

КЛЮЧОВІ СЛОВА.

Потік, дифузія, кз.зіенітаксія, плівка, підкладка, структура, перехідний шар, власні дефекти, імплантація, гетероперехід, електролюмінесценція, тунелкмання, просторовий заряд, рекомбінація.