Жидкофазная эпитаксия твердых растворов ZnxCoyHg1-x-yTe тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

,2 *Л , . РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ОРДЕНА ЛЕНИНА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

АНДРУХИВ АНДРЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

УДК 621.315.592

ЖИДКОФАЗНАЯ Э1ШТАКСИЯ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ СсЗ Не, „ Те

х у I-х-у

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков )

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выложена в С.-Петербургском ордена Ленина физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.

Научный, руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор ' В. И-. Изанов-Омский.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

В.А.Мишурный, - кандидат физико-математических наук А.Л.Курбатов.

Ведущая организация - НПО "Позитрон", г. С.-Петербург.

Защита диссертации состоится п /О» /X, 1992 г. б (О часов на заседании специализированного совета К 003.Г3.02 Физико-тихничзского института им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, С.-Петербург, Политехническая ул., д.26.

С .диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "Ж " ^ 19Э2 г. Отзывы об автореферате в двух экземплярам, заверенные печатью, •тросим выслать по указанному адресу секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физ.-мат наук

С.И.'бэхолдин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. . Актуальность теш. В настоящее время основным материалом ИК-оптеэлектроники являются твердые растворы (TP) Cd^Hg1_^Те (KPT). Это обусловлено исключительными физическими свойствами системы HgTe-CdTe. Возможность плавного изменения ширины' запрещенной зоны от -0.3 до 1.6 эВ за счет изменения состава TP позволяет изготавливать на их основе фотоприемники, работающие в спектральном диапазоне i.5-14 мкм, а также формировать на одном полупроводниковом кристалле многоцветные ИК-детекторы. Высокая подвижность электронов и низкая диэлектрическая проницаемость обеспечивают высокое быстродействие приемников излучения, работающих на этом материале.

Однако широкое использование TP KPT обнаружило ряд техноло-; гических недостатков этого соединения, вызванных недостаточной его устойчивостью относительно образования дефектов структуры при внешних воздействиях. В основном это касается решеточной, поверхностной и интерфейсной нестабильности, проявляющихся в сильных отклонениях от стехиометрии и изменениях транспортных свойств. Как правило,; это происходит в результате проведения технологических операций при создании приборных структур (ионной имплантации, нанесении металла и диэлектрика, механической обработки и т.д.). . Эти проблемы вынуждают исследователей искать среди узкозенных ■сплавов альтернативные материалы, которые были бы лишены недостатков, присущих КРТ.

Как показали недавние теоретические и экспериментальные исследования, самыми предпочтительными в этом отношении являются TP ' ZnxHg,_xTe (ЦРТ). Замена Cd на Zn позволяет существенно снизить концентрацию собственных дефектов, легко- образующихся из-за слабой химической связи Kg-Te. При выращивании эпитаксиалышх слоев (30) ЦРТ в отличие от КРТ исследователям в первую очередь приходится сталкиваться с проблемой отсутствия бинарной подложки, изо-периодной выращиваемому ЭО. Поэтому для получения качественных ЭС ЦРТ необходимо применять подложки тройного TP Zn^d,__Те с большим содержанием Zn (z^O.20), получение которого является сложной технологической задачей. Существенно расширить выбор гетеропара подл6ал.?-с7,г"й при эпитаксии, сохранив прь1 этом преимущества

2п-содержащего ТР. позволяет применение ТР 2пхСй„Кб1_х_уТе . (ЦКРТ). Использование четверной системы, в которой зонные пара: ,етры Можно подбирать • путем независимого изменения содержания компонентов, как х.тэк и у, перспективно и с точки зрения создания перестраиваемых оптоэлектронных приборов в более широком диапазоне спектра. Кроме того, можно ожидать в этих сплавах наличие новых физических свойств, характерных для многокомпонентных ТР.

Целью настоящей работы являлось получение модифицированным методом жидкофазной эштаксии высококачественных ЭС гп^СсП^ _х_уТе и изучение их свойств.

Научная новизна. Б работе впервые получены следующие результата.

- Модифицированным методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) выращены ЭС 2п^Сйу.Нд1 _х_уТе. По своим параметрам, таким как планарность поверхности, микротвердость, время жизни неравновесных носителей заряда, эти слои не уступают лучшим слоям КРТ, полученных тем же методом;

- Исследованы диаграммы фазовых равновесий (ДФР) в системах Zn~ Н^-Те и гп-Сй-Н^-Те в области составов, обогащенных Те. Получено хорошее согласие экспериментальных данных'по ДФР с'данными, рассчитанными пй теории полностью ассоциированных растворов (ПАР). Установлено, что при эпитаксии на неизопериодической подложке происходит сдвиг фазовых равновесий в сторону уменьшения температуры ликвидуса, что требует учета при. проведении процессов ЖФЭ; ■

- Разработан режим температурного отжига 30 ЦКРТ в насыщенных парах позволяющий эффективно регулировать электрофизические параметры выращенных ЭС. Определена температура, при которой происходит инверсия типа проводимости во время отжига ЗС.

- Показано, что ТР ЦКРГ по своим электрофизическим и фотоэлектрическим свойствам близки к ТР КРТ;

- Методом фотолюминесценции (ФЛ) исследована излучательная рекомбинация в ТР 1ЩРТ и- и р-тила проводимости. В спектрах ФЛ удалось наблюдать примесные полосы излучения, связанные с различными за-' рядовыми состояниями вакансий атомов ртути. Покачано, что при низких температурах (Т<40К> излучательная рекомбинация происходит

с участием зкснтспОБ, локализованных на'фдуктуациях состава.

- Установлено, чтс качество ЭС ЦКРТ определяется кё столько уело-

виями изопериодичноети подложки и слоя, сколько качеством используемых подложек;

- На основании данных по микротвердости, измерений времени жизни неравновесных носителей заряда подтверждено предположение.о стабилизирующем влиянии атомов цинка на кристаллическую решетку ТР системы КРТ.

- С помощью исследования циклотронного резонанса (ЦР) удалось определить энергетические параметры зонной структуры ТР ЦКРТ.

Практическая ценность. Результаты, полученные в настоящей работе, говорят с перспективности использования ТР ЦКРТ в качестве альтернативного материала для создания фотоприемников, чувствительных в ИК-области спектра. Полученные данные по диаграмме фазовых равновесий систем гп-Нз-Те и гп-С<1-Н£-Те позволяют успешно выращивать ТР ЦКРТ и совершенствовать технологию получения ТР систем КРТ.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Третьей Всесоюзной конференции "Материаловедение" халькогенид-ных полупроводников" (Черновцы, 1991); Восьмой Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Харьков, 1992); Первой Национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992); Девятой Всесоюзной конференции по химии .высокочистых веществ (Нижний Новгород, 1992), Пятой Республиканской конференции "Физика и технология тонких пленок сложных полупроводников" (Ужгород, 1992), а также на семинарах отдела полупроводникового цатериало-» ведения ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. .

Публикации. Основ.,не материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

■ Структур?! и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии. Она включает 83 страницы машинописного текста, об рисунков, 9 таблиц.и список литературы из 100 наименований. Общий объем диссертации составляет 123

страницы.

Основные положения, выносимые на защиту

1.-На ос'/'уч модифицированного нами метода жлдкофэзной эпитаксии в закрытой' системе разработана технология, позволяющая (юлучать

высококачественные' эпитаксиальные структуры гпхСс1уН§1 _х_уТе с параметрами (планарность поверхности, микротв'ердосчъ, время жизни неравновесных носителей' заряда}-, не уступавдиш соответствующим характеристикам широко известных ТР КРТ.

2. Диаграмма фазовых равновесий, построенная на основании визуально-термического анализа (БТА) и жидкофазной эштаксии для систем гпТе-НйРе-Те и 2пТе-С0Те-Н£Ге-Те с изоиериодическим наращиванием хороио описывается теорией полностью ассоциированных растворов (ПАР). В случае неизопериодичности подложки и эпитзксиального слоя данные по ДФР могут, быть описаны теорией ПАР , модифицированной с учетом упругих напряжений, возникающих при эпитаксиаль-ной кристаллизации.

3. Установлено,'что примесные уровни, обнаруженные при исследовании КК-спектров фотолюминесценции 2пхСй Те, тлеют глубину залегания 10, 20 и 50 мэВ. При этом показано, что ранее неиденти-фицировакные состояния 10 и 50 мэВ обусловлены различными зарядовые состояниям! вакансий атомов ртути.

4. Показано, что при гелиовых температурах мокзояяая излучатель-ная рекомбинация в гпхСйуН81_х_у"е происходит с участием хвостов плотности состояний, обусловленных экситонами, локализованными на флуктуациях состава.

5. Результаты исследования микротвердости, рекомбинации неравновесных носителей заряда и циклотронного резонанса подтверждают предположение о стабилизирующей роли 2п в твердых растворах на основе КРТ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована . актуальность выбранных направлений исследования, сформулирована цель работы, отмечены научная новизна и практическая значимость исследования, изложена структура диссертации и приведены основные положения, выносимые на за:ниту.

Первая глава носит обзорный характер.-В ее первой части рас-' смзтрквается проблема стабильности материала - основу приборной структуры. Именно нестабильность работы приборов на основе ТР КРТ (наиболее используемого МК-материала) и связанная с этим быстрая их деградация обусловил:: поиск альтернативных материалов. Епер-

вые описание микроскопических механизмов, регулирующих стабильность в системе КРГ было дано в работе С1]. В этой работе на основе расчета энергии химических связей показано, что Cd дестабилизирует связь Hg-Te , в то время как Zn ее упрочняет, уеэ.личивэя энергию образования вакансий и дислокаций.

Ео втором разделе приводится обзор работ, посвященных исследованию TP ЦРГ как альтернативного материала TP KPT. Рассматриваются технологические аспекты данного Еопроса. Отмечается, что,несмотря на появление еще в начале 60-ых годов целого ряда работ по выращивания TP JpT, получение высококачественных монокристаллов ЦРГ представляло по сравнению с КРТ более сложную технологическую задачу. Это связано с рядом особенностей системы ZnTe-HgTe, в частности, таких,как большее, чем у КРТ, расстояние между ликвидусом и солидусом, что приводит к экстремально высоким коэффициентам сегрегации, а также более высокие значения температур ликвидуса а значит, еще выше, чем у КРГ давление пэров комло-

ЛИКп *

неитов, преимущественно Hg, над расплавом. Однако в последние годы, в результате применения передовых технологий, а в особенности эпитаксиальной, многие трудности удалось преодолеть.

Основным методом получения TP ЦРГ на сегодняшний день является метод ЖФЭ из растворов-расплавов, обогащенных Те. Для почу-чения ЭС с воспроизводимыми параметрами решающее значение приобретает наличие ДФР данной системы. Однако в литературе имеется лишь одна работа, в которой приведены ограниченные данные по ДФР системы 2пТе-Н^Ге-Те. Их явно недостаточно для успешного проведения процесса ЖФЭ. Затем приводятся основные физические свойства TP ЦРГ, которнг, как и для КРТ, определяются структурой энергетических зон вблизи точки Г зоны Бриллюзна. Большая разница значений постояной решетки между HgTs и ZnTe(~ 5.5%), в отличие от Hgle и CdTe (~ 0.3%), обуславливает значительное взаимодействие между катионами, создавая сильны*, остовшй потенциал Zn в TP ЦРГ. Последнее обстоятельство сказывается в значительной мере ка особенностях некоторых физических свойств этих TP, в частности, на механизмах рекомбинации. Влияние отжига на уровень собственных дефектов и на электрические свойства изучено недостаточно. Отмечается vhWAe'ffle в 2-4 раза скорости диффузии Hg в ЦРТ по.сравно-

пию с KPT, что подтверждает факт оольшей прочности связи Hg-Te в присутствии '¿п.

Третий раздел содержит обзор статей, посвященшх четвернш TP ЦКРТ как нового материала для ИК-оптоэлектроники. Предполагается, что при введении Zn ь КРТ следует ожидать его стабилизирующего действия как на связь HgTe, так и на связь CdTe. В результате структурные и механические свойства ЦКРГ должны улучшиться по сравнению с КРТ, а электронные при этом - остаться такими же." Можно ожидать в них также появление новых уникальных физических свойств, присущих многокомпонентным ТР. Известных из литературы сведений по ЦКРТ, содержащихся в четырех работах, явно недостаточно для подтверждения этого предположения. Частично удовлетворить интерес в этом вопросе предстояло в данной диссертационной работе.

На основе анализа литературных данных в заключении первой главы сформулирована постановка задачи.

Вторая глава посвящена методике экспериментов. Значале описывается методика исследования ДФР систем Xn-Hg-'J'e и Zn-OU-Iig-Te. Она включает метод ВТА и расчет поверхности ликвидуса с помощью модели НАР. Учитывались также данные экспериментов по ЖФ-'з. Для. реализации метода ЬТА применялась специальная оптическая схема с микроскопом, позволяющая непосредственно наолюдать за состоянием поперхости раствора-расплава заданного состава. Температуру растворения последнего кристалла твердой фазы принимали за Тд . Получение экспериментальные данные (и, кроме того, литературные дашше) обрабатывались методом ПАР, использование которого оправдывалось хорошими результатами, полученными ранее при описании Д£Р различных А^В6 -систем.. Данные Д£Р гфинимались ьо внимание для проведения процессов ЖФЭ. Подробно рассматривается аппаратур-но-методическое оформление процесса ЖФЭ. Обосновывается выбор метода и систем; выращивания. При этом учитывались особенности технологии рассматриваемых систем, связанные в основном с высокой летучестью паров компонентов во время процесса. С цулыо предотвращения этого нежелательного явления была выбрана закрытая система- ростовой контейнер с подложкой и шихтой размещался в ваку-у:.:ировзкной кварцевой ампуле, в которой естественным образом под-

дорживалось равновесие трех фаз и процесс эпитаксии управлялся только температурой. В качестве растворителя был выбран То, поскольку это обеспечивало понижение температуры процесса до значений 480-520°С (содержание Те в жилкой фазе при этом сотавляло 7585%). Кристаллизация слоя на подложке реализопывалась пересыщением жидкой фазы методом ступенчатого охлаждения либо суперохлаждения на 5-15°С относительно температуры Т к ■ Приводится подробное описание температурно-временного режима процесса ЖФЭ. Далее рассматривается реализованная в используемой технологической установке модификация метода КФЭ, направленная на получение пленарной поверхности ЭС, свободной от следов раствора-расплава. Суть ее заключается в применении центробежной силы для эффективного удаления раствора-расплава после окончания процесса ЖФЭ. Дается описание данной технологической установки. В качестве подложек использовались монокристаллические пластины ЦКТ (0=??,$0.12). "ри-ьодится описание технологии их обработки перед загрузкой в росто-иоЯ контейнер. После выращивания ЭС подвергались отжигу ь насыщенных парах Нб для получения нужного типа проводимости и треС'у-емых концентраций носителей, описывается сама процедура отжига

Третий раздел главы посвящен описанию методик, используемых для исследования свойств полученных ЭС. Визуальные и металлографические наблюдения проводились с помощью микроскопов МВС-9 и МКМ-7. Нланарность поверхности оценивалась на профилометре БШАМ БЕКТАК II. Состав ЭС определялся с помощью количественного рент-геноспектрального микроанализа (КРСМА) на установке "СЛМЕЬЛХ". Структурное совершенство исследовалось методами двукристалыюго рентгеновского спектрометра (ДКРС) и рентгеновской топографии. Электрофизические свойства исследовались в интервале температур 4.2-300К с немощью измороний коэффициента Холла и проводимости по стандартной методик.; на постоянном токе и ь постоянном магнитном поле. Врем.-: жизни неравновесных „оеит^лей заряда определялось из релаксации фотопроводимости, возбужденной геторолазером ОаЛХАг. с длиной полны излучения л.=0.9 мкм. В конце раздела приведено краткое описание методик изморс-нил ¡¡ютолкминесценции и циклотронного резонапга. Кратко описана также методика измерения микротвердости

В третьей главе излагаются результаты исследования фазовых . равновесий в системах гп-Н£-Те и гп-Сй-Н^-Те в области составов, обогащенных Те. Построение ДФР указанных систем приобретает решающее значение для отработки технологии выращивания ЭС с воспроизводимыми параметрами. Исследования проводились поэтапно. Сначала была апробирована модель ПАР на достаточно изученных ДФР систем 2п-'£е и Нд-Те, а также на квазибинарном разрезе системы гпТе-НйТе. Расчет, выполненный,согласно этой модели, дал хорошее со-' гласие с экспериментальными данными, включая данные по солидусу и ликвидусу. Зат.;м на основании экспериментов по ВТА (включая Б точек .известных из литературы) и рассчитанных методом ПАР значений были построены изоконцентраты ликвидуса в системе гпТе-НзТе-Те. Здесь также отмечается хорошее согласие расчета и эксперимента. Анализ ДФР системы гпТе-Н^Те-Те обнаружил ряд качественных отличий от уже изученных систем СбТе-НвТе-Те. и МпТе-Щ£Ге-Те. В частности, существование области составов, где увеличение•содержания растворителя-Те приводит к весьма незначительному погижению Т^з (при изменении v/ е (гп5уНз1_и)1_иТеи от 0.75 до и.85 при и=0.05 разность температур составляет Есего 8 градусов). Подобный вид ДФР связан с наличием на квазибинарном разрезе гп!Ге-Н£Ге прогиба з области 80%.' концентрации что не характерно для большинства А°вь и А2В6 систем. Такой прогиб может иметь следствием специфическое изменение электрофизических свойств. ТР с составом в области прогиба.

Далее рассиатциваются результаты,-полученные при использовании данных ДФР для проведения процесса ЖФЭ. При проведении ЖФЭ было обнаружено значительное подрастЕорение подложки СйТе в ходе эксперимента в том случае, е.сли за начальную температуру роста Тр (при которой осуществлялся контакт раствора с иоложкой) брались данные ВТА, а переохлаждение составляло 5-7сС. Кроме того, концентрация гпТе в слое ТР была примерно в 1.5 раза ниже, чем расчетная. Нельзя было связать это с некорректностью расчета, т.к. использованная модель позволила хорошо описать данные, квазибинар-г.ого разреза. Наблюдаемый эффект был объяснен наличием значительного напряжения' в ЭС, что связано с большими рассогласованиями ПР подложки и слоя. Учет вклада упругих напряжений (УН) в функционал

свободной энергии ТР показал, что в этом случае Тр должна быть примерно на 13-15°С ниже данных ВТА., а состав слоя ТР должен содержать значительно меньше 2лТе, чем в случае свободной кристаллизации. Проведенные дополнительные ЖФЭ эксперименты показали, ■то понижение Тр примерно на 15°С (относительно полученных мето-.ом ВТА равновесных тбмпоратур) позволяет полностью исключить подрастворекие подложки- по данным КРСМА в образцах отсутствовал САТе. Данные расчета при учете УН в ЭС и КФЭ-результатн практически совпали. Аналогичное влияние имеет место и при выращивании ТР ЦКРТ, однако, масштаб эффекта меньше в связи с меньшим рассог-■ ласованием ПР и присутствием СсГГе в жидкой фазе. Расчетные значения концентрации гпТе в твердой фазе без учета вклада УН в функционал свободной энергии ТР примерно в 1.5 раза превышали значения, полученные в эксперименте. Учет УН позволил получить расчетные концентрации близкие к экспериментальным. Таким образом, делается вывод, что УН значительно влияют на процесс ЖФЭ подобных систем. Учет упругих напряжений позволил разработать технологию и получить ТР ЦРТ и ЦКРГ.

В четвертой главе приведена • всесторонняя характеристика свойств ЭС ЦКРГ. В первой части рассмотрены вопросы, касающиеся качества поверхности, распределение состава и оптического пропускания выращенных ЭС. Отмечается их зеркально-гладкая поверхность, по своей планарности превосходящая поверхность КРГ-слоев, выращенных тем же методом. Об этом свидетельствуют профилогрзммн поверхности типичных слоев ЩРТ и К1Т: высота микрорельефа ЦКРТ-слоев, как правило, не превышала 0.1 мкм, что в 2-3 раза меньше, чем у КРТ-слоев. На поверхности ЭС отсутствовали следы- сстаточнс-го расплава, что связано с применением высокоэффективного метода удаления растЕорз-расплава, основанного на использовании центробежной силы. Делается еывод, что то критерию планарности для изготовления приборных структур ЭС"ЦКРТ предпочтительнее. Применение ступенчатого охлаждения обеспечивало практически однородгай состав по толщине ЭС 11=10-30 мкм 10~3мол.доля/мкм), за

исключением переходной области 2-3 ш:м вблизи подложки. Состав выращенных слоев находился в пределах 0.10СК0.20 и 0.07^у<0.12 (100<Е <400 мэВ). Вид приведенных спектров оптического прописка-

шя для двух типичных образцов ЦКРТ подтверждает высокое качество поверхности и однородности ЭС (абсолютное значение пропускания-4Ъ%, резкий спад в области мекзонного поглощения, интерференционные максимумы и минимумы в области прозрачности).

Вторая часть главы посвящена анализу структурного совершенства ЭС ЦКРТ. Качество последних в значительной степени определялось качеством используемых подложек. Так, при использовании подложек ЦКТ (я=0-0.05), которые характеризовались высокими структурными параметрами (типичные характеристики ДКРС-кривых качания: полуширина- Чтцп »6-10й , интегральная интенсивность 0.5-10"6 рад" , постоянство формы кривой по площади подложек-симмотричный пик, плотность дислокаций N^104см~2), выращенные ЭС имели сравнительно (по литературным данным для ЭС ЦРТ) низкие значения полуширин кривых качания (шсд«<65-105" на (333) МоКд), несмотря • на большое рассогласование с подложкой (Аа/а«0.63-1.29Х). В то же время, применяя подложки ЦКТ с г--0.07-0.12, структурное совершенство которых существенно ниже (неравномерное распределение ростовых дислокаций в них с ГГ^Ю^м-2 приводило к варьированию параметров и формы ДКРС-кривой качания по образцу и появлению локальных углоних разориинтаций отдельных участков подложки, иподл^" ). полученные ЭС характеризовались большими значениями <осд->140й , носмотря на меньшее несоответствие ПР (Да/а««0.30%). Таким образом, для исследуемой системы характер,-но, что более существенным фактором, определяющим качество выращиваемого ЭС, является не столько значение рассогласования, сколько качество используемой подложки.

В третьей части главы рассмотрено влияние отжига на электрофизические параметры ЭС ЦКРТ- Выращенные слои имили р-тип проводимости с концентрацией нескомленсировашшх акцепторов ^-Г^Ч-б-ю'^см"3, что приблизительно на порядок меньше, чем для типичных неотожжешшх ЭС КРТ и ЦРТ. Для получения более низкой концентрации носителей, а также для конвертирования типа проводимости, был разработан режим температурного отжига, отжиг при температурах 260°С и выше приводил, как правило, к р-тину проводимости с более низкими концентрациями нескомпенсированных акцепторов по сравнению с исходными образцами. Конвертирование типа

проводимости происходило при низкотемпературном отжиге (Т<260°С), который позволял получать ЭС с концентрациями носителей заряда порядка 1014см~3. Для исследования электрофизических свойств ЭС ЦКРТ проводились измерения коэффициента Холла и проводимости , а также измерения времени жизни неравновесных носителей заряда т. а основании результатов этих исследований в диапазоне температур 4.2-ЗОСЖ било показано, что гальваномагнитные и фотоэлектрические свойства ТР ЦКРТ аналогичны свойствам КРТ с такой же шириной запрещенной зоны. Отмечается ряд некоторых особенностей, обнаруженных при этих измерениях. Так,несколько меньшие,чем у КРТ-слоев (с. аналоги'пшми Eg) значения подвижности электронов 1^7=2-3'104-см2/В-с предположительно объясняются дополнительным рассеянием носителей заряда на неупорядоченности сплава в четверной системе. При анализе температурной зависимости времени жизни неравновесных носителей в ТР ЦКРТ использовался расчет т при учете основных механизмов, определяющих время жизни в узкощелевых полупроводпнках: процесса излучательной рекомбинации и двух без-ызлучате:ьных ож-процессов .При этом были модифицированы методики расчета с учетом четверного ТР. Продемонстрировано хорошее согласие расчетной зависимости т(Т) с экспериментальной. Поскольку время жизни для исследованных образцов n-типа определялось только межзошшми процессами рекомбинации, это свидетельствует о высоком качество материала.

В конце главы рассматриваются результаты измерений микротвердости ТР ЦКРТ для двух по цинку составов х=0.11 и х=0.17 в сравнении с литературными данными по микротвердости для тройных систем КРТ и ЦРТ. Отмечается, что значения микротвердости ЦКРТ в исследуемом диапазоне составов превышают соответствующие значения КРТ и ЦРТ. Это подтверждает предположение о стабилизирующем влиянии цинка на кристаллическую решетку КРТ Í1J.

Пятая глава посвящена фотолюминесценции и циклотронному резонансу в ТР ЦКРТ. Б первой части главы приведены результаты исследования изл'/чательной рекомбинации в ЭС Zn0 20Cd0 07Hg0 73Те (Е =<360 мэВ) г-и р-типа проводимости. Вначале анализируются полученные в результате измерений спектры WI. Ora имеют более богатую структуру, чем представленные ранее в литературе спектры СЛ для

ЭС KPT и ЦРТ. Вне зависимости от типа проводимости в спектрах ФЛ наблюдалась коротковолновая полоса А, обусловленная межзонной излучательной рекомбинацией,и длинноволновая полоса В, связанная с рекомбинацией на акцепторе Eg=20 мэБ. В спектре ФЛ образца р-типа проводимости присутствовали, кроме •"ого, две примесные полосы Е,, =10 мэВ и Е,,,=50 мэВ. Для их идентификации исследовались спек-

А1 А с.

тры ФЛ при различных температурах. Полоса А в спектре ФЛ образца n-типа наблюдалась почти до комнатных температур, что подтверждает ее мекзонный характер. Полоса В гасла с повышением температуры и при Т>80К исчезала, что подтверждает ее связь с примесью. В спектре ФЛ образца р-типа полоса (е,А1) доминировала вместе с полосой А до температуры 15К, что говорит об участии в излуча-телыюй рекомбинации наряду с межзонным процессом, мелкого акцептора с Еа1=10 мэВ, который по нашему предположению, является первым зарядовым состоянием вакансий атомов Kg. С повышением температуры, когда становятся ионизированными мелкие акцепторы и полосы (е,А1) и Б в спектре отсутствуют, в излучательный процесс включался более глубокий акцепторный уровень с ЕА2=50 мэВ, который, по-видимому, является вторым зарядовым 'состоянием вакансий атомов Hg. Температурные зависимости максимума межзоннсй полосы излучения (для образцов п- и р-типа проводимости они совпадали) имели два характерных линейных участка с различными наклонами. При Т>То~60К угол наклона этой зависимости почти совпадает с рассчитанным, что свидетельствует о межзонном характере люминесценции в этом температурном интервале. При T<TQ с ростом температуры положение максимума смещается в сторону больших энергий почта линейно, однако скорость этого смещения существенно больше dEg/dT. ¡Зависимость полуширины коротковолнового пика от температуры также имеет некоторый излом при T=TQ.

Очевидно, что причиной списанных выше особенностей спектра ФЛ вблизи TQ служит изменение характера излучательной рекомбинации при T<TQV Сравнительно небольшая концентрация мелких примесных центров (<5-101"'см~^)1с одной стороны^и значительная ширина полосы излучения (~10 мэВ)~с другой, дают нам оснозания полагать, что при низких температурах основной канал излучательной рекомбинации связан с носителями заряда, локализованными в хвостах ллст-

ности состояний. Предполагается, что эти хвосты обусловлю! экси-тонами, локализованными на флуктуациях состава. Используя известное из литературы соотношение между величиной хвоста и положением максимума ФЛ, определили масштаб спада хвоста Е0=3 мэВ. Теоретическая оценка этой величины, сделанная по предложенному нами

где а^-ОЕ^/с1х, аг=(ЗЕв/(Зу, М=ть+шв- трансляционная масса экситона,' с=«178 , дает значение Е0=5 мэВ, что неплохо согласуется с экспериментальными д8нными.

Результаты исследования энергетического спектра электронов зоны проводимости л-ЦКРТ в магнитном поле с помощью ЦР приведены во второй части глэеы. В спектрах фотопроводимости при 4.2К для различных длин волн наблюдалась одна ярко выраженная линия, по положению которой определялись эффективная масса электронов и их подвижность. Величина запрещенной зоны, определенная по значению эффективной массы для исследуемых образцов , неплохо согласовывалась со значениями, полученными из ФЛ исследований , а также со значениями, рассчитанными для четверного ТР в приближении виртуального кристалла. При определении энергетических параметров зонной структуры оказалось, что характерная энергия з-р-взаимодейст-вая электронов 2^=18.1-0.1 эВ не отличается от таковой для ЮТ. В магнитных полях до 2.5 Т "добротность" ЦР составляла 5т6, что свидетельствует о хорошем качества исследуемых слоев с точки эре-' ния однородности распределения состава и примесей.

В заключении сформулированы осноеныв результаты работы.

1. Используемая модификация закрытой системы КФЭ позволяет получать ЭС ЦКРТ с планьрной поверхностью, удовлетворяющей требованиям технологии создания высококачественных приборных структур.

2. При построении ДФ? систем ХпТе-Н^Те-Те и йпТе-СйТе-НйТе-Те хорошее согласие с экспериментом дает модель ПАР. При проведении ЖФЗ на неизопериодической подложке следует учитывать сдвиг фазовых равновесий, во&никахякй вследствие влияния упругих напряже-.ний, ьогшпсалсагА на гетарограницэ при кристаллизации.

соотношению для четверных ТР :

с На П6

3. Электрофизическими свойствами выращенных ЭС Znx0dyHg1_х_уТе можно эффективно управлять с помощь» отжига в насыщенных парах Hg. Температура инверсии типа проводимости составляет 260°С.

TP ЦКРТ по своим электрический и фотоэлектрически свойствам близки к "классическому" КРТ, что гогорит об идентичности механизмов рассеяния и рекомбинации носителей заряда.

5. Качество ЭС ZnxCclyHg1 _¿_yTe (полуширина кривых качания) определяется не столько условиями изопериодичности подложки и слоя, сколько качеством самой подложки.

6. Примесные , полосы 10 и 50 мэВ в спектрах ФЛ образцов р-ЦКРГ обусловлены различными зарядовыми состояниями вакансий атомов ртути,

7. При гелиевых температурах меизонная излучательная рекомбинация в ЦКРТ происходит с участием хвостов плотности состояний, обусловленных экситонами, локализованными на флуктуациях состава.

3. При введении в TP КРТ цинк оказывает стабилизирующее воздействие на кристаллическую решетку, что приводит к увеличению микротвердости и времени жизни неравновесных носителей заряда.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Андрухив A.M., Иванов-Омский В.И., Миронов К.Е., Цыпишка Д.И. Циклотронный резонанс з эпитаксиалъных слоях n-ZnCOHgTe// Письму В ЖТФ. 1J991. Т.17. В.19. С.55-59..

2. Андрухив A.M., Миронов К.Е. Эпитаксия и отжиг твердых растворов ZiUíg^Te. // Тезисы докладов III Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников". Черновцы, 1991. С.62.

3. Ратников В.В., Аргунова Т.е., Сорокин Л.М., Андрухив•A.M., Миронов К.Е. Рентгеновская дифрактометрия и топография пленок CdJigTe и CdZnHgTe, полученных методом жидкофазиой эпитаксии// Расширенные .тезисы VIII Всесоюзной конференции по росту кристаллов. Т.2. 4.2. Харьков, 1992, С.286-288.

4. Андрухив A.M., Гадэев O.A., Иванов-Омский В.И., Миронов Х.Е., Смирнов В.А., Юлдашов Ш. У., Цидильковский Э.И. Примеси и дефекты, в эпитаксиалъных слоях Zn;RCdyHg1 _х_уТе. //Тезисы доклэдоз I Нйцио-

зальной конференции "Дефекты в полупроводниках". С.-Петербург, 1992. C.G1.

5. Апдрухяв A.M., Гадаев О.А., Иванов-Омский В.И., Миронов К.Е., Смирнов В.А., Юлдашев Ш. У., Цидильковский э.И. Фотолюминесценция ■лттаксиальных слоев Zn Cd Hg: Те.// ФТП. 1992. Т.26. В.7.

X у -х-у

0.1288-1294.

6. Андрухив A.M., Литвак A.M., Миронов К.Е. Диаграммы фазовых равновесий систем ZnTe-HgTe-Te и ZnTe-CdTe-HgTe-Te. // Письма в Ж'ГФ. 1992. Т.18. В.13. С.10-16.

7. Андрухив A.M., Иванов-Омский В.И.. Миронов К.Е. Жидкофазная. эпитаксил Mn^Hg^JFe и Zn^Ig^^e в закрытой системе.// Письма в КТО. 1992. Т. 18. В.13. С.57-61."

3. Андрухив A.M., Сидорчук П.Г. Микротвердость эпитаксиальных слоев Zn3.OdyHg1 _2_уТе. // Тезисы докладов V Республиканской конференции "Физика и технология тонких пленок сложных полупроводников". Узгород, 1992. С.59-61.

9. Андрухив A.M., Иванов-Омский В.И., Сидорчук П.Г. Микротвердость твердых растворов Zn^d^Iig,_х_уТе. // ФТТ. 1992. В.11.

Цитированная литература

I.Sher A., Chen А--В., Spicer W.E. // J.Vac.Scl.Technol.A. 1985. V.3. H.1. P.105-111.С.2056-2066.

РТП Hiffl?, заг.739, тир.ТОО, уч.-изд.л.0,9; 13Д-1992Г. Бесплатно