Взаимодействие атомарного водорода с дефектами в монокристаллических соединениях А2 В6 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

л,

с* (..

■'-О

¿Физический институт им. н.нлебедева ран

СЧ!

На правах рукописи удк 535.37:621.039

КРЫСА Андрей Богданович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА С ДЕФЕКТАМИ В МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ А2В6

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени Кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена в ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции Физическом институте им. П.НЛебедева Российской Академии наук

Научные руководители: кандидат физико-математических наук В.И.Козловский,

доктор физико-матсматичсских наук, профессор Ю.М.Попов.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А.Н.Георгобиани, кандидат физико-математических наук Б.НЛевонович

Ведущая организация: Институт кристаллографии им. А.В.Шубникова РАН

Защита состоится "28" апреля 1997 г. в 9 часов на заседании Специализированного совета К.002.39.01 Физического института им. П.НЛебедева РАН по адресу: 117924, г.Москва, Ленинский пр., д.53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН.

Автореферат разослан " " марта 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат физико-математических наук

В.А.Чуснкон

Общая характеристика работы.

Роль водорода в формировании электрических и оптических свойств полупроводников на протяжении двух последних десятилетий является предметом интенсивных исследований /1/. В настоящее время уже хорошо известно, что водород, введенный в элементарные полупроводники Si, Ge и ряд полупроводниковых соединений А3В5 при их выращивании в водородосодержащей атмосфере, имплантации, при отжиге в водородной плазме или любым другим способом, сильно взаимодействует с различного рода дефектами: точечными и протяженными, собственными и примесными, донорнога и акцепторного типа, имеющими мелкие и глубокие уровни в запрещенной зоне.

Результатом этого взаимодействия является формирование, главным образом, нейтральных водородосодержащих комплексов (ВСК) и удаление соответствующих электронных уровней из запрещеной зоны. В частности, в аморфном Si насыщение водородом оборванных связей приводит к уменьшению плотности электронных состояний в запрещенной зоне с 102|) см"3 до 1015 см"3 /2/, что значительно увеличивает время жизни и длину диффузии носителей и позволяет изменять легированием положение уровня Ферми. В значительной степени благодаря именно водородной пассивации оборванных связей, a-Si широко применяется в качестве материала для изготовления солнечных элементов. Водородная пассивация дефектов находит и другие практические применения, например, при изготовлении изолирующих слоев в полосковых лазерах 131.

Актуальность настоящей работы определяется тем, что несмотря на иселедованность водородной проблемы в полупроводниках в целом, соединения А2В6 до начала наших исследований были практически не изучены с точки зрения влияния водорода на их свойства. Кроме того, радиационная устойчивость, являющаяся одним из факторов, определящих возможности ряда практических применений гидрогенизированных материалов, оказалась неисследованной не только в соединениях Л2Вб, но и в других полупроводниках.

Монокристаллические соединения А2В6, их твердые растворы, а также

гетероструктуры на их основе являются перспективными для использования в качестве активных сред приборов, излучающих к видимом и ближнем УФ диапазоне, в частности лазерных ЭЛТ /4/. Однако, в настоящее время при изготовлении этих приборов возникает ряд проблем, связанных с внесением в полупроводник на различных технологических стадиях дефектов, ухудшающих излучателыше характеристики. Поэтому практически важным было исследование возможности использования пассивирующих свойств водорода для нейтрализации этих дефектов.

Кроме того, водород уже широко используется в технологии роста объемных монокристаллов и эпитаксиальных слоев соединений А2В6, а также при их дальнейшей технологической обработке. Являясь одной из неконтролируемых нримсссй, водород может непреднамеренно и нежелательным образом изменять оптические и электрические свойства полупроводника.

Таким образом, целью работы являлось исследование влияния водорода на формирования оптических свойств полупроводниковых соединений определение

возможностей использования пассивирующих свойств водорода для улучшения излучательных свойств этих соединений и исследование устойчивости свойств гидрогенизированных полупроводников при электронном облучении.

Достижение поставленной цели предполагало решение следующих задач.

1. Создание установки и подбор режимов для преднамеренного введения водорода в полупроводники путем отжига в водородной плазме.

2. Исследование водородной пассивации дислокаций, введенных при механической обработке монокристалических пластин, а также дислокаций, релаксирующих напряжения в несогласованных гетероструктурах.

3. Исследование зависимости оптических свойств полупроводника от наличия водорода в газовой среде при высоко- и низкотемпературных ростовых процессах.

4. Исследование влияния преднамеренного введения водорода при отжиге в водородной плазме и имплантации на активность центров рекомбинации.

5. Исследование преобразования спектров люминесценции гидрогенизированных материалов под действием электронного облучения.

Научная новизна.

Впервые показано, что, несмотря на травление поверхности, отжиг в водородной плазме приводит к внедрению водорода в монокристаллы А2В6 и изменению активности центров рекомбинации.

Впервые обнаружен эффект водородной пассиЕации дислокаций в монокристаллических пластинах С(18 и несогласованных гетероструктурах гпТс/ОаЛз и Т-пСДЫС-аАн.

Впервые показано, что введение водорода из водородосодержашей газовой среды при ростовом процессе, низкотемпературном отжиге в Н-плазмеи имплантации приводит к пассивации глубоких уровней, мелких акцепторных состояний, а также к образованию активных ВСК, имеющих электрический уровень в запрещенной зоне в монокристаллах 2пТе и 7п8е.

Впервые исследован распад ВСК под действием электронного облучения. Обнаружена активация акцепторной примеси в 7п8е:(1Ч,Н) при электронном облучении.

Практическая ценность.

Полученные данные о диффузии водорода могут быть использованы для определения глубины водородной пассивации при обработке материалов в водородосодержащей плазме.

Обнаруженный эффект водородной пассивации механически введенных дислокаций и дислокаций в несогласованных гетероструктурах может применятся для улучшения излучательных свойств полупроводников.

Обнаруженный эффект водородной пассивации при добавлении водорода в газовую среду при высокотемпературном росте обьемных. монокристаллов 2пТе может быть использован для получения полупроводника с более низкой концентрацией глубоких уровней и интенсивным экситонным излучением в спектре таоминссцсшши.

Обнаруженную эффективную водородную пассивацию акцепторов следует учитывать при легировании соединений А2Вб акцепторной примесью. В частности, при низкотемпературном эпитаксиальном росте Zn.Se в водородосодержашей

атмосфере паразитная пассивация может препятствовать получению проводимости р-типа.

С другой стороны, обнаруженная реактивация акцепторов под действием электронного облучения, а также, хотя и с меньшей эффективное™, при отжиге в вакууме, может быть использована для получения низкоомных эпитаксиальных пленок ZnSe р-типа проводимости. Учитывая склонность широкозоиных полупроводников к самокомпенсации, легирование следует проводить таким образом, чтобы именно водород выступал главным компенсатором акцепторной примеси, поскольку затем он может быть легко удален при достаточно низкой температуре, когда другие механизмы компенсации остаются еще пезадействованными.

Приведенные оценки сечения разрушения ВСК по механизму упругою смещения и ионизационному механизму могут быть использованы для прогноза стабильности пщрогенизированных материалов под действием электронного облучения.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Коэффициенты диффузии водорода, полученные из описания экспериментальных данных математической моделью- диффузии, учитывающей травление полупроводника при отжиге в Н-плазме.

2. Водородная пассивация оборванных связей на дислокациях и, описывающая ее математическая модель.

3. Водородная пассивация мелких акцепторов и глубоких уровней, а также образование оптически активных ВСК в ZnTe и 2п8е.

4. Метод активации акцепторов в пленках 7п8с:(М,Н), выращенных методом парофазной энитаксии из металлоорганических соединений.

5. Механизм наблюдающегося распада ВСК под действием пучка электронов.

Аппробания работы.

Основные результаты диссертации были доложены на семинарах Отдела оптоэлектроники Физического института им. П.НЛебедева РАЛ, на П Всесоюзной

научно-технической конференции "Материаловедение халькогенидов и кислородосодержащих полупроводников" (Черновцы, 1991 г.) и на I Международной конференции "Материаловедение халькогенидных и алмазоподобных полупроводников" (Черновцы 1994 г.).

По материалам диссертации опубликовано 13 работ, список которых приведен в конце автореферата.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации: 177 страниц, включая 46 рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 126 наименований.

Во введении обосновывается актуальность темы, причины, приведшие к постановке данных исследований, сформулирована цель работы, дан краткий обзор содержания диссертации.

В первой главе сделан обзор литературы по взаимодействию водорода с дефектами в полупроводниках, главным образом, в кремнии - наиболее изученном в этом отношении материале. Обсуждаются возможные состояши водорода в кристаллической решетке кремния. Согласно теоретическим расчетам /5/, равновесным положением изолированного атома водорода является тетраэприческое междоузлие. В равновесном положении атом водорода имеет резонансный -уровень в валентной зоне и является электрически нейтральным. При смешении водорода из равновесного положения, данный резонансный уровень может смешатся в запрещенную зону, в результате, атом водорода становится электрически активным. Из опытов по диффузии следует, что водород имеет донорный уровень 0,45 эВ ниже зоны проводимости /1/. Однако, непосредственное наблюдение электрического уровня изолированного атома водорода затруднено, так как согласно теоретическим расчетам '5/ энергия связанного на дефектах водорода существенно ниже изолированного 1Тома. Следовательно, атомарный водород будет преимущественно связываться на

дефектах, пребывание же водорода в изолированном состоянии - маловероятно. В связанном на дефекте состоянии водород образует, как правило, электрически нейтральный комплекс - происходит водородная пассивация дефекта. Приведены примеры пассивации водородом конкретных дефектов, а также образования активных ВСК, имеющих электрические уровни в запрещенной зоне. В частости, электрически активными являются вакансии, неполностью насыщенные водородом. Также приводятся данные по диффузии водорода в полупроводниках, влияние типа проводимости на механизм диффузии и величину коэффициента диффузии.

Вторая глава носит методический характер. Здесь описаны способы введения водорода в полупроводник, экспериментальные методики исследования ВСК, а также используемые экспериментальные установки.

Преднамеренное введение водорода в полупроводники осуществлялось, главным образом, отжигом в водородной плазме в специально сконструированной для этого установке. Типичные параметры Н-плазмы и режимы отжига: давление 0.1 торр, концетрация ионов 109-1012 см'3, энергия ионов -100 эВ, температура отжига 200 -400 °С, продолжительность отжига 0,5-3 ч. Альтернативным методом введения водорода была ионная имплантация. Из сравнения результатов отжигов, проведенным в различных условиях, а также имплантации удалось отделить собственно эффект водородной пассивации от вторичных эффектов, сопутствующих конкретному способу введения водорода, таких как, травление поверхности в случае отжига в Н-плазме, или образования радиационных дефектов при ионной имплантации.

Катодолюминесцснтные исследования были выбраны в качестве основной методики изучения эффекта водородной пассивации. Имеющаяся экспериментальная установка позволяла исследовать катодолюминесценцию (КЛ) при энергии электронов Ее = 3-100 кэВ, плотности тока 3 - 0-300 А/см2, минимальном диаметре электронного пучка сЦ = 15 мкм, в диапазоне температур Т = 35-300 К. Регистрация спектров КЛ бьиа автоматизирована.

Третья глава посвящена исследованию диффузии водорода. Перед началом наших исследований существовало мнение, что травление поверхности соединений А2Вб при отжиге в Н-плазме препятствует внедрению водорода /б/. Однако

теоретический анализ внедрения водорода с учетом травления показал, что при определенных соотношениях значений скорости травления и коэфициепта диффузии внедрение водорода все же должно происходить. Данный вывод был экспериментально подтвержден с помошью масс-спектрометрии вторичных ионов, проведенной для отожженных в Н-плазме образцов ZnTe и

Учет травления поверхности полупроводника при диффузии водорода из плазмы приводит к следующей формуле для концентрационного профиля водорода:

где Со - концентрация водорода при х=0, О - коэффициент диффузии, V - скорость

2 г 3 травления, ейс(х) = 1--т= ехр(-х )с!х.

л/г^

Подставляя в формулу (1) измеренную скорость травления v и варьируя О, как параметр, удалось получить удовлетворительное соответствие экспериментально определенного концентрационного профиля с расчетной кривой (рис.1). Таким образом, были сделаны оценки эффективных коэфицпентов диффузии водорола: 0=10"12 см2/с для гпТе и 0=4х10"13 см2/с для гпБо.

В четвертой главе представлены результаты исследований водородной пассивации дислокаций, введенных при механической полировке монокристаллов Сс1Б, а также дислокаций в рассогласованных по параметрам решетки и КТР гетероструктурах 7пТе/0аЛ$ и 2пСс]Яе/Са,л^. Была обнаружена общая закономерность увеличения интенсивности излучения и сужения спектральных лнннй после отжига образцов в Н-плазме (рис.2). Однако эффект от введения водорода оказался не столь значительным, как ожидалось, по причине неполной пассивации дислокаций.

Для описания изменения излучательных характеристик образцов при водородной пассивации была предложена модель, в которой дислокации представляются безызлучательными стоками для неравновесных носителей с коэффициентами безызлучательной рекомбинации, зависящими от линейной плотности оборванных связей. Эти коэффициенты определяют интенсивность

5 1Е+16

2 3 4 5

Глубина, мкм

Рис.1. Концентрационные профили водорода в образце ZnTe после отжига в Н-плазме (Т = 250 °С, to™. = 0,5 ч): экспериментальный (прямоугольники) и расчитанные для 0,3 мкм/ч, D = 10~13 см2/с (кривая 1), D = 10"12 см2/с (кривая 2),

значении v

п-1

D = 1СГ11 см2/с (кривая 3).

X

£ I-

о о

X О)

SE

; ft 2

450 500

550 600 650 Длина волны, нк/

700 750

Рис.2. Спектры КЛ при Т = 40 К, Ее = 30 кэВ образца ¿пСс^е/ОаАв: до (1) и после отжига в Н-плазме (Т = 320 °С, Ьтж. = 0,5 ч) (2). геП. - спектр оптического отражения исходного образца.

излучения, а наличие на дислокациях электрического заряда, также связанного с оборванными связями, определяет ширину линии излучения. Введеннные атомы водорода заполняют оборванные связи и, тем самым, улучшают характеристики излучения. Анализ экспериментальных данных в рамках этой модели показывает, что пассивированными оказываются примерно 90% оборванных связей. Одним из главных факторов, препятствующих полной пассивации, является конкурирующий процесс образования молекулярного водорода в условиях высокой линейной плотности оборванных связей на дислокациях.

В ПЯТОЙ_главе представлен • обширный материал по исследованию

катодолюминесцентных свойств монокристаллов 7пТе, выращенных в различных газовых средах (Не, Аг, Аг+Нг), отожженных в атомарном водороде, вакууме, а также подверженных протонной имплантации. Спектр низкотемпературной КЛ образцов ХпТс, выращенных в инертном газе, содержит достаточно интенсивную длинноволновую полосу с Хтах=590 нм, обусловленную центром неизвестной природы, возможно, собственным дефектом, и хорошо изученную структурированную полосу с коротковолновым краем при к=620 нм, обусловленную рекомбинацией экситона, связанного на изоэлектронной примеси кислорода Оте /7/. В образцах, выращенных в гелии, кислородная полоса обычно более сильная из-за более легкой диффузии атомов кислорода от стснок кварцевой ампулы к ростовой поверхности. Обнаружено, что добавление водорода в газовую среду в ростовом процессе не влияет на активность мелких центров, но приводит к исчезновению линий рекомбинации через глубокие центры. Аналогичные изменения в длинноволновой части спектра наблюдались при отжиге образцов в Н-плазме и их имплантации протонами. Это позволило сделать вывод, что водород эффективно пассивирует глубокие уровни прн его введении в образцы как при относительно низкой температуре, так и при высокотемпературных (1100-1200 °С) ростовых процессах. Различие во влиянии водорода, введенного при высокой температуре, на мелкие и глубокие уровни объясняется тем, что водород образует с глубокими центрами более прочные комплексы /1/.

При введении водорода с помощью отжига в Н-нлазмс, кроме пассивации

глубоких центров, обнаружена пассивация мелких акцепторов. Кроме того, введение водорода в образцы сопровождается появлением новой линии с Хтах=529,5 нм, обусловленной ВСК. Исходя из корреляции между тушением кислородной линии после отжига в Н-плазме и интенсивностью новой линии, предполагается, что последняя обусловлена комплексом (Оте, Н). После отжига в Н-плазме также усиливается серия с бесфононной линией при ?ЧПах=552 нм. Эта серия линий интенсивна и в исходных образцах 2пТс, выращенных в водородосодержащей атмосфере. В литературе данная серия приписывается комплексу, включающим двукратно заряженную вакансию шиша Ухп. Введение в образцы водорода, проявляющего донорные свойства, приводит к повышению уровня Ферми и переходу вакансии цинка в двукратно заряженное состояние. Второй компонентой комплекса может быть атом водорода. Этим мы объясняем усиление интенсивности линии с >.тах=552 НМ.

Исследовались также образцы ZnTe, шдрогенизированные с помощью протонной имплантации (Е=150 кэВ, доза Ф=1013 и 1015 см2). После имплантации водород был сосредоточен в узкой области на расстоянии 1,3 мкм от поверхности. Кроме того, протонная имплантация сопровождается образованием радиационных дефектов (РД) с большим количеством оборванных связей. Поэтому пассивация дефектов, присутствующих в исходном образце, не может быть наблюдена непосредственно после имплантации. Действительно, из-за высокой плотности РД в спектре КЛ наблюдается тушение экситонной люминесценции в целом и усиление полосы с Хтах=590 нм, что подтверждает ее связь с собственным дефектом. Также в спектре появляегся линия с ^шах=525 нм, которая наблюдалась ранее в работе /8/ после аналогичной имплантации и объяснялась образованием оптически активного ВСК. Однако, с помощью исследований КЛ, разрешенной по глубине, было определено, что эта линия исходит из приповерхностного слоя вне сосредоточения имплантированного водорода. Эта линия наблюдалась также и в спектрах КЛ напряженных образцов 7пТе после простого отжига в вакууме. Это дало основание связать данную линию со структурным дефектом. Для "залечивания" РД, а также для рассредоточения водорода по глубине применялся отжиг в вакууме при 300 °С.

Протонная имплантация с последующим отжигом в вакууме ведет к тем же изменениям в спектрах КЛ, которые наблюдались в спектрах образцов, огтожженных в Н-плазме (рис.3).

Рис.3. Спектры КЛ (40К, 10 кэВ) образцов ZnTe в коротковолновой (а) и

длинноволновой (б) областях: (1) - исходного, (2) - отожженного в Н-плазме

15 2

(320 °С, 2 ч), (3) - имплантированного протонами (150 кэВ, 10 см ), (4) -имплантированного протонами, а затем отожженного в вакууме (270 °С, 2 ч).

Пассиваиия точечных дефектов была исследована также и в монокристаллах гпБе. Исследование КЛ при послойном стравливании шдрогенизированных образцов обнаружило, что изменения в спектрах наблюдаются лишь в пределах глубины диффузии водорода в образцы. Это доказывает, что изменения в спектрах КЛ обусловлены внедрением водорода, а не нестехиометричным травлением поверхности. Кроме того, отжиг образцов с защитным покрытием, исключающим травление, но прозрачным для атомарного водорода, ведет к аналогичным изменениям в спектрах.

Отжиг монокристаллов гпЗе в Н-плазме ведет к тушению линий 1ь II11, (е-А), связанных с мелкими и глубокими акцепторами, так называемой У - линии, связанной со структурными дефектами /9/ и "кислородной" линии с Х[Мх=485-500 нм, что обусловлено водородной пассивацией соответствующих центров (рис.4). В то же время, из анализа спектров КЛ пщрогенизированных образцов следует, что пассивация доноров (линии Ь, ДО- А) ) происходит неэффективно.

Аналогично монокристаллам 7.пТс, в спектрах КЛ образцов 2пБе наблюдалось появление новой линии, обусловленной водородом с Я.тах=450 нм. Данная линия

440 442 ¿44 446 44ё 450 452 454 ¿54 ¿64 474 484 494 504 514 524 Длина волно!, нм Дадна вмны, им

Рис.4 а. Рис.4 б.

Спектры монокристалла ZnSe в коротковолновой (а) и длинноволновой (б) областях: исходного образца (1) и отожженного в Н-плазме (2) при Т=430 °С в течение 3 ч.

проявляется после гидрогенизации образцов с повышенной концентрацией кислорода. Мы связываем с комплексом (Ose, Н).

Изменению свойств гидрогепизированных материалов под действием электронного облучения посвящена шестая глава.

Из результатов измерения концентрационных профилей дейтерия в образцах GaAs:D+ (дейтерий использовался для повышения чувствительности масс-спектрометрических измерений) следует, что дейтерий (водород) под воздействием электронного облучения мигрирует в пределах глубины проникновения электронов. При этом происходит перенос дейтерия в область с повышенной концентрацией РД и, ;ледоватслыго, с более высокой растворимостью дейтерия.

При облучении отожженных в Н-плазме образцов ZnTe с характерным спадающим яо глубине концентрационным профилем водорода наблюдалось уменьшение интенсивности линий в спектре KJ1, обусловленных ВСК, до определенного уровня. Причем скорость этого уменьшения была тем выше, а уровень интенсивности линии тосле облучения тем ниже, чем выше энергия (а значит и глубина проникновения) электронов в ZnTe. При Ее = 10 кэВ деградация ВСК практически не наблюдалась. Полученные результаты объясняются совокупностью процессов распада различных ВСК, миграцией водорода по области возбуждения, а также восстановлением ВСК. При этом юдород перераспределяется по возможным ВСК в соответветствии с энергией связи itomob водорода в этих комплексах. Поскольку даже при распаде ВСК по /ниверсальному механизму упругого смещения пороговая энергия электронов для 'выбивания" атома водорода из комплекса достаточно мала и составляет ~ 1 кэВ, то >аспад ВСК происходит и при Ее = 10 кэВ. Однако при этих энергиях электронов юзбуждается приповерхностная область 0,25 мкм с концентрацией водорода, па порядок февышающей концентрацию излучательных ВСК. В этих условиях вероятность |братной реакции восстановления ВСК достаточно высока, поэтому уменьшения штенсивности соответствующей линии в спектре не наблюдается. При больших энергиях лектронов возбуждается более глубокая область с низкой концентрацией водорода.

Поэтому равновесие между процессами распада и восстановления в облучаемой области устанавливается при более низкой концентрации ВСК, что коррелирует с изменением спектров КЛ.

Проведен анализ возможных механизмов распада ВСК. Универсальным механизмом распада ВСК под действием электронного облучения является упругое смещение атомов водорода из комплекса /10/. Расчет показывает, что сечение распада по этому механизму для используемых энергий электронов составляет Е^ ~ 10"21 см"2. Экспериментально же определенное сечение распада ВСК составляет ^ ~ 10"п см"2. Это значение близко к сечению ионизационных процессов /11, 12/, в которых первичные электроны теряют свою энергию. Проведенные оценки показали, что распад ВСК может происходить путем выталкивания прогона из комплекса кулоновским полем, возникающим вследствие ионизации атомных остовов. Поэтому, мы предполагаем, что ионизациоцный механизм является определяющим в наблюдающимся распаде ВСК.

Результаты экспериментов по облучению гидрогснизированных образцов 7пТс показали возможность использования электронного облучения для реактивации акцепторов в пленках гп5е:№Н, выращенных методом ПФЭМОС, и получения р-типа проводимости. Исследованные исходные образцы имели концентрацию азота N=10'4 см"3, однако образцы были полуизолирующимн, а спектр низкотемпературной КЛ содержал лишь одну широкую линию излучения с >.„1М ~ 466-471 нм, что типично для сильнолегированного компенсированного материала /13/. Низкотемпературное облучение электронами даже с энергией Ее = 3 кэВ приводит к четкому проявлению в спектре линии перехода зона - акцептор с = 459 нм и се IX) - фононных повторений (рис.5), Простой отжиг исходных образцов в вакууме также ведет к похожим изменениям I спектре, хотя и не столь ярко выраженным, как в случае с электронным облучением Меньшая эффективность активации акцепторов при термической обработке объясняется тем, что одновременно с уходом водорода из образца включаются другие термически активируемые процессы, ведущие к повторной компенсации акцепторов.

Исследование спектральных изменений при электронном облучении и неизменность спектров при фотовозбуждении даже в условиях более высокого уровня возбуждения приводят к выводу, что при электронном облучении происходят стимулированные ионизацией решетки распад ВСК и диффузия атомов водорода к поверхности образца с последующим их выходом в вакуум.

450 455 460 465 470 475 480 Длина волны, нм

Рис. 5. Спектры КЛ эпитаксиальной пленки при Т=40 К: исходной (кривая 1) и

после облучения электронным пучком с Ес=10 кэВ, 1с=0,5 мкА, с^О.З мм в течение 3 (2), б (3), 9 (4), 14 (5), 22 (6), 30 (7) и 48 мин (В).

В заключении сформулированы основные результаты работы. 1. Отжиг в водородной плазме кристаллических соединений А2Вб приводит к внедрению водорода с концентрацией до 1019 см'3 в приповерхностный слой глубиной в несколько мкм, несмотря на травление образцов при отжиге. Экспериментально полученные концентрационные профили водорода в монокристаллах гп8е и 2пТе

описываются моделью диффузии, учитывающей травления поверхности, через которук диффундирует водород. Это позволяет оценить эффективные коэффициенты диффузии водорода для Zn.Se величиной 0ег?=4х10~13 см2/с при Т=320 "С, а для /,п'Гс - Осп-КТ1' см2/с при Т=250 °С. Травление образцов при отжигах может быть подавлено напьшениеы на образцы защитных слоев 8 Юг и НЮг, прозрачных для атомарного водорода

2. Обнаружен эффект водородной пассивации оборванных связей дислокаций введенных при механической обработке, и дислокаций, релаксирутощих напряжения е несогласованных гетероструктурах соединений А2Ва. Предложена математическая модель основывающаяся на описании диффузии неравновесных носителей заряда к безызлучатсльным дислокационным стокам и определяющая зависимость интенсивности излучателыюй рекомбинации от концентрации дислокаций и состояния оборванных связей на них. Отжиги в водородной плазме приводят к пассивации 90% оборванных связей и уменьшению заряда дислокаций. Ограшгченная степень пассивации связана с протеканием конкурирующей реакции образования молекулярного водорода в условия? высокой линейной плотности оборванных связей.

3. Обнаружено, что введение водорода в монокристаллы 2п5с и 2пТе приводит я эффективной пассивации мелких акцепторов и глубоких центров рекомбинации, а также к образованию оптически активных водородосодержащих комплексов.

4. Под действием быстрых электронов в гидрогенизированных образца? наблюдается миграция водорода в пределах глубины проникновения электронов г перераспределения водорода по этой глубине и возможным энергетическим состояниям При этом на перераспределение водорода влияет дефектный состав в образце.

5. Наблюдаемый распад ВСК при облучении электронами происходит пс ионизационному механизму, при котором протон выталкивается из комплекс* кулоновским полем ионизированного атома решетки. Вклад от распада по боле< универсальному механизму упругого смещения не является определяющим.

6. Электронным облучением достигнута активация акцепторной примеси азота I пленках 7п5с:М, которая была пассивирована водородом в процессе парофазноу

эпитаксии из металлоорганических соединений. Пассивация акцепторов водородом при низкотемпературном росте с их дальнейшей активацией облучением электронным пучком может быть использована для получения более высокой проводимости р-типа в широкозонных полупроводниках А2Вб.

Основные результаты диссертации предстаааены в следующих публикациях:

1. Козловский В.И., Крыса А.Б., Скасырский Я.К. Водородная пассивация дефектов в приповерхностном слое полированных монокристаллпческих пластин CdS. Тезисы докладов II Всесоюзной научно-технической конференции "Материаловедение халысогенидов и кислородосодержащих полупроводников", Черновцы, сентябрь 1991.

2. Козловский В.И., Крыса А.Б. Пассивация атомарным водородом дефектов, введенных в монокристаллическис пластины CdS механической полировкой. Краткие сообщения по физике, 1991, №7, с. 11-14.

3. Козловский В.П., Крыса А.Б. Влияние отжига в Н-плазме на катодолюминесценцию монокристаллов ZnTe. Краткие сообщения по физике, 1993, №7-8, с.8-12.

4. Козловский В.И., Крыса А.Б. Проявление подородосодсржащих комплексов в катодолюминесценцни монокристаллов ZnTe, облученных протонами и отожженных в Н-плазме. Физика твердою тела, 1993, т.35, №11, с.3087-3091.

5. Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Крыса А.Б. Роль водорода в катодолюминесценцни монокристаллов ZnTe. Журнал прикладной спектроскопии, 1994, т.60, №1-2, с. 106-119.

6. Владыко М.Н., Козловский В.И., Крыса А.Б., Попов Ю.М. Влияние отжигов в Н-плазме на катодолюминесценцию эпитакснальнмх пленок ZnTe, выращенных МЛЭ на подложках GaAs. Краткие сообщения по физике, 1994, №1-2, с.20-24.

7. Козловский В.И., Крыса А.Б., Попов Ю.М. Распад водородосодержащих комплексов в монокристаллах ZnTe:II при облучении высокоэиергетичными электронами. Краткие сообщения по физике, 1994, №9-10, с.38-42.

8. Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Крыса А.Б., Попов Ю.М. Образование

водородосодержащих комплексов в монокристаллах ZnTe, отожженных в Н-плазме, и их распад при облучении высокоэнергегачными электронами. Тезисы докладов I Международной конференции "Материаловедение халькогенидных и алмазоподобных полупроводников", Черновцы, 1994, т.2, с.118.

9. Козловский В.И., Крыса А.Б., Кузнецов П.И. Водородная пассивация дислокаций в ZnCdSe/GaAs гстероструктурах. Физика твердого тела, 1995, т.37, №12, с.3558-3564.

10. Козловский В.И., Коростслин Ю.В., Крыса А.Б., Попов Ю.М., Скасырский Я.К. Образование водородосодсржащих комплексов в монокристаллах ZnTc, отожженных в Н-плазме, и их распад при облучении высокоэнергетичными электронами. Неорганические материалы, 1995, т.31, №10, с.3558-3564.

11. Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Крыса А.Б., Скасырский Я.К., Шапкин П.В. Водородная пассивация акцепторов в монокристаллах ZnSe. Краткие сообщения по физике, 1996, №1-2, с.78-83.

12. Козловский В.И., Крыса А.Б., Зелнер, Таудт В., Хойкен М. Активация акцепторной примеси N в эпитаксиалыюм ZnSe при облучении электронным пучком. Краткие сообщения по физике, 1996, №3-4, с.23-29.

13. Козловский В.И., Крыса А.Б. Перераспределение дейтерия в GaAs:D+ при облучении электронным пучком. Краткие сообщения по физике, 1996, №9-10, с.37-40.

Цитируемая литература

1. Pearton S.J., Corbett J.W., Stavola М. Hydrogen in Crystalline Semiconductors. Springer Series in Materials Scicnce. 1992. V.16. 363 p.

2. Pankove J.l. Hydrogen neutralization of defects in silicon. Tetrahedrally-bonded amorphous semiconductors. 1985. P.117-146.

3. Dalles asse J.M., El-Zein N., Holonyak (Jr.) N.. Fletcher R.M., Kuo C.P., Osentowski T.D., Craford M.G. Hydrogenation-defmcd stripe-geometry Ino.5(AlxGai.x)o.5P quantum-well lasers. J.Appl.Phys. 1990. V.68. N11. P.5871-5873.

4. Nasibov A.S., Kozlovsky V.I., Reznikov P.V., Skasyrsky Ya.K., Popov Yu.M. Full color

TV projector based on A2B6 electron-beam pumped semiconductor lasers. J.Cryst.Growth. 1991. V. 117. Nos. 1-4. P. 1040-1045.

5. Singh V.A., Weigel C., Corbett J.W., Roth L.M. Vibrational and electronic structure of hydrogen-related defects in silicon calculated by extended Huckcl theory. Phys.Stat.Solidi. 1977. V.81b. N2. P.637-646.

S. Svob L., Chevallier J., Ossart P., Mircea A. Hydrogen plasma etching of CdTe. I.Mater.Sci.Lctt. 1986. V.5. P. 1319-1320.

7. Merz J.L. Isoelectronic oxygen trap in ZnTe. Phys.Rev. 1968. V.176. No.3. P.961-968. 3. Svob L., Marfaing Y. Hydrogen-acceptor interaction in CdTe and ZnTe studied by photoluminesccnce. Solid State Communications. 1986. V.58. No.6. P.343-346. 3. Гавриленко В.И., Грехов A.M., Корбугяк Д.В., Литовченко В.Г. Оптические свойства толупроводников. Справочник. Киев, 1987. 607 с.

10. В.С.Вавплов. Действие излучений на полупроводники. М. Физматгаз, 1963, 264 с. П. Клингер М.И., Лушик Ч.Б., Машог.ец Т.В., Холодарь Г.А., Шейнкман М.К., Эланго V1.A. Создание дефектов в твердых телах при распаде электронных возбуждений. УФН. 1985. Т.147. №3. С.523-558.

12. Физические величины. Справочник. Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М. Эиергоатомиздат. 1991.

13. P.Baume, J.Gutowski, R.Kurtz, D.IIommel. Intensity-dependent energy and lineshape ,'ariation of donor-acceptor pair bands in highly compensated ZnSe:N. J.Cryst.Growth. 1996. V. 159. Nos. 1-4. p.252-256.