Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Электроотраление в полупроводниках
1.1 Зонная структура полупроводников
1.2 Электрооптические эффекты в полупроводниках
1.3 Модуляционные методики и использование электроотражения для определения параметров зонной структуры
1.4 Влияние структурного совершенства кристаллов на спектры электроотражения
1.5 Внутренние напряжения в гетероэпитак-сиальных системах и их влияние на энергетический спектр
1.6 Релаксация внутренних напряжений в гете-роэпитаксиальных системах
Глава 2. Методика эксперимента и обработки результатов
2.1 Методика экспериментальных исследований спектров электроотражения и кривизны гетеросистем 52
2.2 . Обработка спектров электроотражения 61
Глава 3. Исследование состава, однородности и степени структурного совершенства пленок твердых растворов
3.1 Определение состава монокристаллов твердых растворов методом электроотражения 66
3.2 Влияние внутренних механических напряжений на спектры электроотражения гетеросис-тем 70
3.3 Определение состава гетероэпитаксиальных пленок и однородности его распределения 78
3.4 Использование электроотражения для контроля состава твердых растворов 83
3.5 Влияние структурного совершенства пленок на спектры электроотражения 84
Выводы 95
Глава 4. Влияние внешних воздействий на спектры электроотражения пленок
4.1 Влияние ионной импланктации и отжига на спектры электроотражения пленок 97
4.2 Влияйте у- облучения на спектры электроотражения 104
Выводы 111
Заключение 112
Литература 115
- Модуляционные методики и использование электроотражения для определения параметров зонной структуры
- Релаксация внутренних напряжений в гете-роэпитаксиальных системах
- Влияние внутренних механических напряжений на спектры электроотражения гетеросис-тем
- Влияние структурного совершенства пленок на спектры электроотражения
Введение к работе
Развитие методов эпитаксиального осаждения тонких пленок привело к значительному прогрессу в разработке и создании новых типов полупроводниковых приборов, как в исследовательских лабораториях, так и в промышленности, наряду с технологическими аспектами, эпитаксиальное наращивание открывает новые физические возможности, связанные с гетероэпитаксией / I, 36 /.
Гетероэпиткасиальная система представляет собой контакт монокристаллических слоев двух /или более/ разных материалов. Для практического использования гетероструктур необходимо.-: знание физических свойств обоих контактирующих материалов. Поскольку зонная структура является основным фактором, определяющим большинство Физических свойств полупроводниковых пленок, важное значение имеет изучение особенностей энергетического спектра пленки, представляющей одну из основных частей гетероперехода. Свойства второй компоненты / подложки /, как правило, являются известными.
Свойства гетерогенной системы - не просто сумма или усреднение свойств составляюцтих Фаз, они приобретают новое качество благодаря наличию межфазных границ раздела / ГР /. Именно это обстоятельство привлекло внимание исследователей к полупроводниковым гетеропереходам.
В полупроводниковых гетероэпитаксиальных системах неотъемлемо присутствуют внутренние механические напряжения, обусловленные несоответствием параметров решеток компонент гетеро-систем, неравенством их коэффициентов термического расширения / КТР / и некоторыми другими причинами.
Эти напряжения существенным образом влияют на состояния
- 5 -электронов в гетеросистемах, вызывая сдвиг и расщепление энергетических зон. Кроме того, возникающие при релаксации упругих напряжений структурные дефекты создают собственные уровни и зоны разрешенных энергетических состояний для электрона, которые попадают в запрещенную зону кристаллов - компонент гетеросис-темы.
дислокации также своими деформационными и электрическими полями вызывают модуляцию краев разрешенных зон подложки и пленки.
Такая перестройка спектра может радикально изменить оптические и электрофизические свойства компонентов гетеросистем по сравнению со свойствами соответствующих монокристаллов, что имеет важное значение как с точки зрения физических исследований, так и для полупроводникового приборостроения.
Усиленный интерес к изучению релаксации внутренних напряжений в ГС проявился после того, как выяснилось, что она является причиной деградации полупроводниковых гетеролазеров / 45 /. Уто поставило на повестку дня вопрос об устранении внутренних напряжений в ГС.
Одним из методов уменьшения напряжений в гетеросистеме может служить компенсация несоответствия параметров решетки используемых материалов. С этой целью проводятся осаждения пленок твердых растворов, параметры решетки которых можно плавно регулировать путем изменения состава.
Удобным объектом для сравнения свойств материала в виде пленки и объемного образца является германий. Во-первых, зонная структура и свойства объемного монокристаллического германия хорошо изучены. Во-вторых, пленки этого материала можно легко получать с различной степенью совершенства кристалличес-
- б -
кой структуры. Очень удобными в этом отношении являются пленки германия, осажденные методом термического испарения в вакууме.
Для обеспечения резкости гетероперехода желательно проводить эпитаксиальное осаждение при низких температурах. Как правило, минимальная температура эпитаксии для различных веществ зависит от различия в постоянньк решетки. Чем это различие меньше, тем ниже температура подложки, при которой можно ожидать реализации эпитаксиального роста. В связи с этим очень перспективной считается система германий - арсенид галлия, обладающая небольшим рассогласованием параметров решетки и минимальным различием КТР / 79 /.' Однако при этом даже наиболее совершенные монокристаллические пленки обладают повышенной дефектностью по сравнению с массивным материалом, что обычно связывают с возникновением и релаксацией внутренних механических напряжений. Как указывалось выше, последние могут быть уменьшены путем использования пленок твердых растворов. В случае гетероэпитаксиаль-ной системы бе-6аAs наиболее подходящим для этой цели материалом является кремний, образующий с германием твердый раствор Ge,.^ Six с неограниченной растворимостью.
Свойства гетероэпитаксиальных пленок твердых растворов SL 6е,_х на 6aAs изучены недостаточно. В частности, не исследовался вопрос о степени однородности твердого раствора и ее влиянии на внутренние механические напряжения в гетероэпитаксиаль ной системе Si^Ge^ - GaAs
Уменьшение внутренних напряжений может быть также достигнуто путем стимуляции процесса их релаксации с помощью внешних воздействий, таких как У- облучение или отжиг.
Однако для практического использования этого метода необходимо предварительно исследовать влияние у- радиации на
- 7 -свойства гетероэпитаксиальной системы.
Наиболее обширную информацию об энергетическом спектре полупроводника можно получить, исследуя его оптические свойства. Оптические спектры материала позволяют судить о его зонной структуре и характере электронных переходов / 53 /.
В последнее время значительно возрос интерес к исследованию свойств твердых тел с помощью методов дифференциальной /Модуляционной/ спектроскоп / 72 /. Общей характерной чертой всех модуляционных методов является измерение производной определенной оптической величины по некоторому динамическому параметру / электрическое поле, давление, магнитное поле, температура и др. /. Оказалось, что при измерении этой производной у-дается фиксировать исключительно малые изменения оптических параметров благодаря применению фазочувстительных методов синхронного детектирования.
Основные методы модуляционной спектроскопии - поверхностное барьерное электроотражение и электропоглощение - обладают рядом особенностей, обусловленных перестройкой электронного энергетического спектра приповерхностного слоя кристалла и спецификой электрофизических и оптических процессов в электрических полях узких приповерхностных каналов / 50 /. Метод электроотражения / dO / обладает более высоким разрешением. В пределах слабых полей измерение электроотражения эквивалентно изучению третьей производной оптических констант по энергии фото-на.
Из изложенного вытекает актуальность и важность настоящей работы, в которой метод электроотражения использован для исследования энергетической структуры, состава и степени структурного совершенства гетероэпитаксиальных / ГЭ / пленок.
- 8 -Были поставлены и решены следующие основные задачи:
1. Разработка метода определения состава твердых растворов
SixGe,_x для малых концентраций Si / х ^0.04 /.
Выяснение связи однородности пленки твердого раствора по составу с технологическими условиями их получения.
Исследование влияния у- радиации на свойства пленок твердых растворов и их границы раздела с подложкой.
при выполнении работы получены следующие основные результаты:
і. Уточнены литературные данные по зависимости положения критических точек Ет, Ex + Ат, твердых растворов SixGe1-3C от состава х и разработана методика определения х и его распределения по толщине и площади пленки.
Показано, что при определении состава пленок SixGe1_?( методом электроотражения необходимо учитывать наличие внутренних механических напряжений в пленках.
Показано, что при полном согласовании решеток SixGeA_x и
GaAs / х^0.02 / степень структурного совершенства граниш раздела максимальна.
4. Обнаружены отличия во влиянии состава пленок твердых раст
воров SixGe1-)e на свойства свободной поверхности пленки и
их границы раздела с подложкой GaAs : с возрастанием х
рассеяние носителей на свободной поверхности монотонно воз
растает, тогда как на границе раздела оно минимально при
X = 0.02.
5. Обнаружено уменьшение рассеяния носителей заряда на грани
це раздела в гетероэпитаксиальных системах под влиянием
у - радиации.
Научная новизна
На основании исследований спектров еЮ в области критической точки Ej показано, что зависимость энергетического положения этой точки от состава твердых растворов SixGei_x при малых добавках кремния / х 4 0.04 /отличается от известной из литературы / 13, 90 /.
Показано, что при определении состава пленок твердых растворов необходимо учитывать присутствие в них внутренних механических напряжений.
Установлена корреляция между характеристической энергией спектра поглощения и параметром уширения Г спектров 30 в зависимости от состава твердого раствора.
Показано, что влияние у - радиации на свойства гетероэпи-таксиальной системы более существенно сказывается в неравновесных системах по сравнению с равновесными.
Установлено существенное отличие во влиянии у- радиации на свойства свободной поверхности пленки и границы раздела ге-тероэпитаксиальной системы / 1'ЭС / Ge^Si^- Gc*As
Показано, что под влиянием ионного облучения наряду с изменениями структуры пленок происходит перестройка дислокационной структуры гетеросистем:»:,
Практическая ценность
Разработана методика электроотражения для исследования границы раздела гетеросистем.
Показана возможность варьирования рассеяния носителей на границе раздела с помощью % - радиации.
Разработаны рекомендации по получению однородных пленок твердых растворов Ge,_x Si^ .
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и формулируется постановка задачи.
В первой главе дается краткий обзор имеющихся в литературе экспериментальных и теоретических результатов по изучению электроотражения света в полупроводниках. Рассмотрены различные факторы, влияющие на спектры Э0.
Во второй главе описаны методики, применившиеся в данной работе, и математический метод обработки результатов.
В третьей главе изложены экспериментальные результаты исследований электроотражения ГЭ пленок твердых растворов SixGe,_x и InxGat.x As , определения их состава, однородности и степени структурного совершенства.
В четвертой главе изучено влияние внешних воздействий / |f- облучения, ионной имплантации и последующего термического отжига / на спектры Э0 ГЭС SixGe^y - GaAs .
Основные положения, выносимые на защиту:
1. В области составов 0 ^ х ^0.04 зависимость энергетического
положения критической точки Етот состава твердого раствора
Ge^Si^ имеет вид
,= (2,13?+ 1,2х)эБ .
Существует корреляция между уширением края фундаментального поглощения и спектров аО твердых растворов GebXSix
С помощью у- радиации можно регулировать рассеяние носителей заряда на границе раздела структурно - неравновесных ГЭС.
С целью получения однородных по составу пленок твердых
- II -
растворов Ge^ Six необходимо производить испарение из больших навесок сплава твердого раствора.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции "Ионная имплантация в полупроводниках и других материалах" / г. Вильнюс, 1983 /; II Всесоюзной конференции по физике и технологии тонких пленок / г. Ивано -Франковой, 1984 /; Восьмом совещании по физике поверхностных явлений в полупроводниках / г. Киев, І984 /; на научных семинарах отдела полупроводниковых гетеросистем Института полупроводников АН УССР.
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в работах / 3, 4, 26, 40 /.
Модуляционные методики и использование электроотражения для определения параметров зонной структуры
В настоящее время применение оптических методов в области физики твердого тела и поверхностных явлений имеет пжрокое распространение благодаря внедрению в технику спектроскопического эксперимента методов модуляции параметров исследуемого объекта. Новые возможности в изучении зонной структуры кристаллов открыли методы модуляционной спектроскопии. Модуляционные спектры имеют большие преимущества по сравнению с- обычными оптическими спектрами, поскольку при использовании модуляционной методики регистрируется не сам спектр, а его производная по какому - либо физическому параметру, влияющему на оптические переходы . Применение техники узкополосного усиления с последующим фазочувствительным / синхронным / детектированием, . обеспечивает надёжную регистрацию полезного дифференциального сигнала в области особенности спектра и позволяет выделить модулящонный спектр из сплошного бесструктурного фона. Открытый Серафином в 1964 году эффект электроотражения дал новый толчок к развитию теории эффекта Франца - Келдыша. Оказалось, что применяя теорию Франца - Келдыша, можно объяснить модуляцию поглощения переменным электрическим полем и успешно исследовать зонную структуру твердых тел. В настоящей главе описаны энергетические спектры монокристаллов Ge , St и GaAs, кратко рассмотрены электрооптические эффекты в полупроводниках и их использование для оптических исследований. Особое внимание уделено методам электроотражения, так как они позволяют эффективно определять пара -метры зонной структуры. Рассмотрены различные факторы, влияющие на спектры ЭО ( дефекты, примеси, совершенство кристаллической структуры, облучение, механические напряжения и их релаксация и т.д. ) и проанализированы причины, обусловливающие особенности энергетического спектра пленок.
Зонную структуру твердого тела, т. е. функциональную зависимость энергии от волнового вектора в различных энергетических зонах можно было бы рассчитать с помощью уравнения Шредин-гера, которое для одноэлектронной задачи имеет вид: где U(fc)- периодический потенциал. Однако такой метод встречает трудности, которые не сводятся только к проблеме выбора подходящего приближенного метода и проведения весьма громоздких численных рассчетов. Периодический потенциал кристалла известен лишь приближенно и трудно оценить, как это сказывается на конечном результате расчета, т. е. на рассчитываемой зонной структуре. Одним из наиболее эффективных методов расчёта энергетических зон в полупроводниках является метод ортогонализованных плоских волн / 2 /, который удачно объединяет приближения почти свободных и сильно связанных электронов. Теоретико - групповой анализ кристаллической решетки позволяет получить основные сведения о положении энергетических уровней в различных точках зоны Бриллюэна. Эти сведения обычно уточняются и дополняются разнообразными экспериментальными методами, включая оптические. Простейшая зонная структура кристалла представляет собой сферические невырожденные изоэнергетические поверхности для электронов и дырок с квадратичным законом дисперсии. Эффективные массы носителей в соответствующих зонах являются величинами постоянными ( не зависят от концентрации электронов или дырок ). В реальных кристаллах изоэнергетические поверхности в общем случае не являются сферическими и простыми, т. е. состоящими из одной ветви. Атомы германия и кремния кристаллизуются в решетку типа алмаза, представляющую собой две кубические гранецентрирован-ные решетки, встроенные одна в другую так, что одна относительно другой сдвинута в направлении объемной диагонали на четверть ее длины. Впервые зонная структура германия была теоретически определена Германом, который показал, что максимум валентной зоны находится при к"= 0 и что в центре зоны Бриллюэна абсолютного минимума зон проводимости нет / 15 /.
На рис. I представлена энергетическая структура бе / 73 /; буквы L, Г, X обозначают особые точки зоны Бриллюэна. Индексы при этих буквах - неприводимые представления, к которым принадлежат волновые функции, образующие ветвь зоны в соответствующих точках. Оси ГХ и ГLсоответствуют направлениям 100 и III . В германии имеются четыре эквивалентных минимума зоны проводимости, расположенные на границе зоны Бриллюэна в направлениях Ш / 97 /. Кроме этих минимумов, имеются минимум в центре зоны Бри
Релаксация внутренних напряжений в гете-роэпитаксиальных системах
В / 25 / при исследовании отражения пленок германия, осажденных на подложках арсенида галлия при различных температурах Тп, показало, что форма спектров отражения чувствительна к кристаллической структуре пленок. Для более широкого варьирования степени структурного совершенства пленок они были осаждены на различные подложки, как кристаллические, так и аморфные. Результаты исследования спектров отражения показали, что в области энергий 2.1 - 2.5 эВ во всех спектрах наблюдается максимум отражения, который обусловлен переходами из верхней валентной зоны в зону проводимости в точке Л. В спектрах отражения монокристалла и монокристаллических пленок германия хорошо различается структура этого максимума / Ej, Ej + Aj /. По сравнению с объемным монокристаллом структура в спектрах отражения пленок германия выражена слабее и размывается по мере понижения температуры осаждения пленки от 500 до 300С. Для поликристаллических пленок германия полученных на кремнии, плавленном кварце и стекле, особенности спектра сглаживаются. Наблюдается лишь широкий максимум отражения. В / 20 / исследовались спектры 30 пленок, полученных на подложках Ge и GcxAs, в области Ej, Ej + Aj, и было обнаружено, что в спектрах пленок всегда присутствовали как положительные, так и отрицательные пики, в то время как спектры подложек собственного бе с р = 50 Ом.см имели в основном одно-полярный характер. При исследовании спектров ЭО автоэпитаксиальных систем пленка германия - подложка собственного германия оказалось, что нанесение пленки не изменило энергии критических точек Еу и EI+ Aj. Спектр 30 монокристаллической пленки, осажденной на GaAs , сдвинут по сравнению со спектром автоэпитаксиальной пленки, полученной при одной и той же температуре подложки / Т = 460С /, в сторону больших энергий.
При повышении Т , что соответствует улучшению структурного совершенства пленки, спектры также сдвигаются в стотэону больших энергий. Одновременно наблюдается суді жение пиков спектра ——- , значительно уменьшается параметр уши рения Г. Поликристаллические пленки обладали резкой структурой, но их спектры были уширены по сравнению со спектрами монокристаллических пленок. Уширение спектров ЭО для переходов Ej наблюдалось для образцов объемного бе с механически нарушенной поверхностью / 9 /. Из анализа полученных результатов делается вывод, что уширение спектров определяется совершенством кристаллической структуры пленок; более совершенной структуре пленок соответствует меньшая величина Г, что указывает на зависимость параметра уши-рения от нарушений периодичности потенциала решетки, обусловленных дефектами структуры. В работах / 20, 85, 91 / выясняется роль эффектов оптической неоднородности области пространственного заряда / ОПЗ /, приводящих к зависимости формы спектров от поверхностного потенциала, что позволяет обсудить возможное влияние кулоновско го взаимодействия лепірования и нарутления кристаллической структуры на форму спектров. Лукеш / 95 / сопоставил спектры ЭО для кристаллов n-Ge с различным-содержанием легирующих примесей, но не обнаружил существенной зависимости энергии точки EQ ОТ концентрации приме-си вплоть до 5.10 см" , в то время как параметр утиирения заїдетно возрастал. Увеличение Г является следствием возникновения внутренних электрических полей при возрастании концентра йр ции ионизованных примесей, а постоянство энергии EQ - следствием локализации электронов в боковом экстремуме с - зоны / точка L /, в связи с чем обменные эффекты в n-Ge не влияют на энергию зон при К = 0. В сильно легированном р - Ge возможна сильная модуляция заполнения V- зоны свободными дырками.
Связанные с этим изменения в спектрах ЭО изучены в /95 /, однако количественная их интерпретация весьма затруднительна. В работе / 74 / сообщается об использовании электролитического метода для исследования влияния примесей на пики 30 в GaAs; для пиков EQ И EQ + AQ В спектре сильно легированного GaAs и для пика EQ В р - GaAs наблюдаются большие сдвиги Бурштейна - Мосса, обусловленные заполнением дна зоны проводимости или верха валентной зоны для материалов П- или р- типа соответственно. Наблюдается слабая зависимость от легирования положения различных пиков энергии; исключением являются пики Ej + Aj- и В работе / II / проведено исследование формы спектров ЭО от травленной и бомбардированной ионами аргона и гелия поверхности кремния. Обнаружен сдвиг энергии критической точки Ет
Влияние внутренних механических напряжений на спектры электроотражения гетеросис-тем
Процесс осаждения тонких пленок сопровождается возникновением механических напряжений как в пленке, так и в подложке. Поскольку в пленке и подложке возникают напряжения противоположных знаков, возникает момент сил, изгибающий гетеросистему. Если релаксащя внутренних напряжений отсутствует, то кривизна системы а? пропорциональна деформации на границе раздела, т.е. практически деформащи в пленке, которую можно считать постоянной вдоль направления, нормального к границе раздела, если пленка намного тоньше подложки. В общем случае, при наличии релаксации, кривизна системы не является мерой внутренних напряжений / 45 /, однако равенство кривизны нулью показывает, что собственная деформация обращается в нуль. Результаты измерения кривизны гетеросистем Geb)CSix /6аAs . приведены на рис. 13, где показаны профилограммы указанных гетеросистем с твердыми растворами различного состава. Видно, что в случае пленок Gc без добавки Si наблюдается существенный изгиб. В предположении отсутствия релаксации по знаку кривизны системы / пленка находится на выпуклой ее стороне / можно определить, что пленки испытывают деформацию сжатия. Изгиб системы пленка - подложка постепенно изменяется при добавке Si в твердый раствор. Напряжения в системе уменьшаются. При 2 ат. % Si в системе почти нет напряжений /изгиб практически отсутствует/, а при дальнейшем увеличении концентрации Si в твердом растворе появляются деформащи растяжения /пленка находится на выгнутой стороне системы/. На рис. 14 приведена зависимость кривизны гетеро си с темы Ge,. Six / GaAs от со- -держания кремния в пленках. от
При возрастании X кривизна гетеросистемы уменьшается, проходит через нуль при х = 0.02, а затем изменяет знак и возрастает по абсолютной величине. Так как присутствие внутренних механических напряжений в гетероэтштаксиальных пленках влияет на энергетический спектр, пленок / см. гл. I /, мы сравнили положения критических точек EQ, EQ -І- Ag, Ej- в спектрах Э0 монокристаллов твердых растворов 6еьх$іхи пленок Ge,, SiJJ на GaAs с целью обнаружения влияния напряжений на спектры 30. Зависимости энергии критической точки Е-г в твердых растворах 6Є.х$іх от содержания кремния для пленок и объемных кристаллов представлены на рис. 15. Кривая I представляет собой экспериментальную зависимость положения критической точки Ej в объемных кристаллах германий - кремний, используемых в качестве источника при получении гетеросистемы. Кривая 2 относится к пленкам твердого раствора на подложках арсенида галлия. Отличие в поведении Ej для пленок по сравнению с объемным твердым раствором обусловлено наличием в пленках внутренних напряжений. Необходимо отметить, что при добавке к германию 2 ат. % кремния энергетические положения критических точек для пленок и объемных кристаллов совпадают как для перехода Е-г, так и для Ej + Д-;-. Исследование спектров 30 в области края фундаментального поглощения / переходы EQ и EQ + AQ / показали, что для гетеро-эпитаксиальных пленок германия / X = 0 / наблюдается расщепление низкоэнергетического и высокоэнергетического пиков / рис. 16 /, которое воспроизводится при различных используемых модулирующих напряжениях.
По мере добавки кремния к германию величина расщепления уменьшается, пики сдвигаются в область больших энергий; при X = 0.01 на кривых электроотраления вместо двух минимумов наблюдается " колено ", которое исчезает при х = 0.02. При дальнейшем увеличении х вновь появляется уступ на кривой электроотражения., и с ростом содержания кремния в пленке твердого раствора энергетический зазор между минимумами кривой электроотражения возрастает. Наблюдаемое расщепление линий „отсутствующее в спектрах электроотражения автоэпитаксиальных пленок и объемных монокристаллов германия / рис. 17 /, обусловлено деформационным снятием вырождения валентной зоны в гетероэпитаксиальных пленках вследствие внутренних механических напряжений, присутствующих в гетеросистеме. Под действием этих напряженийй появляется энергетический зазор между подзонами "легких" и "тяжелых" дырок в центре зоны Бриллюэна. В общий ход спектра вносят теперь вклад две компоненты, характеризующиеся различными энергиями критических точек. Два спектра, накладываясь друг на друга, приводят к уширению и расщеплению спектральных линий. Итак, наблюдаемое расщепление пиков спектров 30 —=.f(E) можно объяснить тем, что результирующая кривая в области перехода Ig - Г есть сумма двух кривых (—=—), и f р ) » гДе кривая I соответствует переходам Гдг- Г а кривая 2 переходам Iov -ГЕ /из зон тяжелых и лекгих дырок в зону проводимости соответственно /. Величина AEQ соответствует энергетическому Зазору между ветвями VJ и Vg валентной зоны. Для пленок состава Ge g St Q Q расщепление не наблюдается, как и в случае автоэпитаксиальных пленок Ge на подложках бе , вследствие отсутствия или незначительной величины вну
Влияние структурного совершенства пленок на спектры электроотражения
С целью получения информации о влиянии структурного совершенства пленок на спектры Э0 исследовались пленки бе различной крис таллическойй с труктуры. Для более широкого варьирования степени структурного со на различные подложки, как кристаллические / арсенид галлия, кремний /, так и аморфные / стекло, кварц /. Для сравнения измерялись спектры 30 объемных монокристаллов германия. Все измерения проведены при комнатной температуре. Для всех исследованных систем спектры ЭО в области переходов Ej, E-j- + Aj. имели резкую структуру, что позволило проследить за изменением энергий переходов и величины спин - орбитального расщепления в зависимости от условий получения пленок. Как и прежде, для определения энергетического положения критических точек E-j- и Ej + Aj,a также параметров уширения Гт и Гу . №i восползовались полуэмпирическим правилом Аспнеса и Роува. Исследование спектров ЭО автоэпитаксиальных систем германия показало, что спектры ЭО Ge со стороны пленки и подложки существенно отличаются по виду. В спектрах ЭО пленок германия наблюдались как положительные, так и отрицательные пики, в то время как спектры 30 подложек имели в основном монополярный характер. На рис. 23 показан спектр ЭО автоэпитаксиальной системы пленка Ge - подложка собственного германия со стороны пленки. Пленка имела структуру совершенного монокристалла. Спектр ЭО поликристаллической пленки Ge , напыленной на кварцевую подложку, показан на рис. 24. Структура спектра имеет довольно резкий характер, хотя он уширен по сравнению со спектрами монокристаллических пленок Ge . Уширение пиков электроотражения наблюдается также и для спектра слаботекстуриро-ванной поликристаллической пленки Ge , полученной на подложке Si / рис. 25 /. Результаты обработки спектров электроотражения пленок - -германия, полученных на различных подложках, приведены в табл. 3. Здесь же представлены данные для германиевых подложек. Параметр уширения Гт соответствует переходу Ет, а параметр Гт -переходу Ет + Ар Таблица 3. Параметры уширения Гт и Гт,полученные из спектров ЭО пленок Ge , осажденных на различных подложках,.
Полученные результаты позволили установить следущую закономерность. Значения параметров уширения Гт и Гт, соответствующие переходам Ej и Ej -І- AJ, полностью определяются структур-ным совершенством пленки: по мере ухудшения степени структурного совершенства пленок / от монокристалла до поликристалла / параметры уширения возрастают от 75 до 130 мэВ для перехода Ет и от 80 до 190 мэВ для перехода Ej + Ар Следовательно, по величине лоренцовского параметра уширения можно судить о степени структурного совершенства пленки. Нужно отметить что с ухудшением структуры пленки интенсивность электроотражения уменьшается. Из полученных спектров Э0 гетероэпитаксиальных пленок Ge Si на 6 As с различным содержанием кремния в германии были расчитаны параметры уширения в области переходов Ет. Зависимости параметра уширения спектров для сплавов Ge-Si и пленок различного состава приведены на рис. 26. Видно, что в обоих случаях лоренцовский параметр уширения Г, дающий информацию о рассеянии носителей, монотонно возрастает с увеличением X, что свидетельствует о росте разупорядочения кристаллической решетки твердых растворов. A F Известно, что величина Д-—п , характеризующая сте пень размытия края фундаментального поглощения, также монотонно возрастает при ухудшении совершенства кристаллических пленок, поэтому было предпринято исследование поведения А в ГЭС Величина А рассчитывалась по кривым спектральной зависимости коэффициента поглощения, измеренным при комнатной температуре и обработанным по методу наименьших квадратов. Результаты исследований зависимости А от состава твердого раствора представлены на рис. 27. Видно, что с увеличением X в пленке твердого раствора характеристическая энергия А возрастает, что свидетельствует о возрастании разупорядоченности кристаллической решетки бе при добавлении к нему Si . При исследовании оптических свойств пленок, в гетеросистеме Ge.vSiy GaAsвыяснилось, что несмотря на то, что параметры ре
