Исследование условий эпитаксиального роста новых варизонных твердых растворов (Ge2)1-x(ZnSc)x и их некоторых электрических, фотоэлектрических свойств Раззаков, Алижон Шоназарович

Введение к работе

Благодаря своим уникальным физичеодал свойствам полупроводниковые твердые растворы в настоящее время находят все более яирсгае применение в полупроволниковом приборостроение,Тачкми в настоящее время являются твердые растворы,полученные на основе элементарных полупроводников (Si ,Ge), соединений А%⁵,' А%⁶. Отдельные твердые растворы обладают специфическими, присущими только им свойстами. Однако,пока еще не изучены все возможности полупроводниковых твердых растворов как в технологичестсом плане, так и в плане изучения их физических свойств. В настоящее время отдельные полупроводниковые твердые растворы,какими являются (Сг⁴)і-х(Л³В⁵)х. находятся только лишь на начальной стадии изучения, а отдельные классы полупроводниковых твердых растворов (Сг⁴)і-х(А%^б)х > предсказанные теоретически , экспериментально пока не получены вообще. Поэтому поиск технологических возможностей получения новых полупроводниковых твердых растворов с управляемым составом,с улучшенной кристаллической структурой,с возможностями получения на їй основе новых полупроводниковых структур «представляется весьма .актуальным направлением.

Отметим,что зкидкофазная эпитаксия осазалась перспективным методом не только для получения традиционных полупроводников Si.Ge, А³!?⁵, А²В⁶ и их твердых растворов,но и для выращивания полупроводниковых твердых растворов новых классов.

Очевидно,что экспериментальный поиск получения всевозможных новых твердых растворов с полупроводниковыми свойствами методом проб к ошибок, практически невозможен и требует больпих ' материальных и энергетических затрат. Поэтому, необходимо сузить круг компонентов, между которыми могут образоваться твердые растворы с удовлетворительным структурным совершенством. В ЭТОЙ СВЯШ1, представляется возможішм на основе правил обобщенных моментов, многократно опробировании ранее для многокомпонентных полупроводниковых систем, выявление наиболее перепустивши твердых растворов,относящихся к классу (Сг⁴)і-х(А²В^е5х^- » а также подбором соответствующего раствора-расплава, температурного интервала роста и различных внешних факторов,віфазтить зпитаксиальпыв слои структурно соверщенных твердых растворов (GS2)i-x№Se)x и гбтэ-росгруктур на их основе.

Цель и вадачи работы.

1. Оценка потенциальных возможностей образования твердых рас воров ыиаду А²В⁶ и Сг⁴ на основе их обобщенных моментов;

2. Экспериментальное исследование растворимости селєнида циі В олове при низких температурах,а также влияние германия на раї воршость ZnSe.

3. Исследование условий эпитаксиального роста твердых раство] (6e2)i-rX(ZnSe)x и особенностей массопереноса из ограничена двумя горивонтально расположенными подложками оловянного раст; ра-расплава.

4. Изучение условий выращивания твердых раство] (Geeh-x(ZnSe)x на различных подложках (Ge.GaAs).

Б.. Исследование структурных совершенств зпитаксиальных сл< (Ge2)i-x(ZnSe)x в зависимости от условий роста методом рент; новской дифракции,

6. Исследование некоторых электрических, фотоэлектрически фотоашкиесцентных свойств получе.нных слоев и структур на их < нове,

Научная новизна работы заключается в следующем:

5. На основе анализа более ста пар систем типа Cg⁴ - А²В^б, основе правил.обобщенных моментов сделан прогноз о том,что нал лее совершенные по кристаллической структуре твердые растворы гут быть подучены между селенидами и германием, а также между т лурадами и оловом.

6. Показано, что растворимость селенида цинка в олове, Т=600 С,увеличивается в три раза при введении в раствор-расп германия в качестве третьего компонента,что обусловлено межмо кулярными взаимодействиями в жидкой фазе. -

7. Впервые жидкофавной эпитаксией из оловянного раствора-ра лава, ограниченного двумя горизонтально расположенными подлож ми,методом принудительного охлаждения выращены эпитакслаль слои (Ge2)i-x(ZnSe)x на подложках GaAs с ориентащюми (111),(1 (100) и Qe ориентированных по направлениям (100),(111).

8. Исследованием зависимости кристаллического совершенства а таксиальных слоев; твердых растворов (Ge2)i-x(ZnSe)x от услс роста методом рентгеновской дифракции,ыорфологичесшши методе а .также анализом растровач картин показано, что зпитаксиаль слои со сфалеритной кристаллической решеткой с наилучшей мої:

- Б -

іалличностью растут на подложках (100) 6aAs , (111) ( при дующих условиях: интервал аааора ' между подложками 0.36 < 5 .8 мм; скорость охлаждения 1-1.5 С/мин; температурный интерроста 570-720 С; предварительная гомогенизация раство-расплава 1.5-2 час; интервал начального переохлаждения раство-расплава ДТ=5-10 С.

і; Исследованием особенности массапереноса при жидкофаэной эпи-осии твердых растворов (Gez)i-x(ZnSe)x из оловянного раство-расплава, ограниченного двумя горизонтально расположенными !ложками, методом принудительного охлаждения,показано,что при юрах между подложками 5 > 0.8 мм на процесс перенос массы к знту* кристаллизации начинают заметно влиять также конвекционные гоки, возникающие в растворе-расплаве под действием гравитани-його поля.

5. Исследованием распределения компонентов по толщине эпитакси-ьных слоев (Ge2)j-x(ZnSe)x было показано,что, во всех случа-,содержание селенида цинка в слое увеличивается вдоль направле-я роста , достигая 60-90 моль% на поверхности слоя,в зависимос-о? условий роста,а быстрогз изменения состава по толщине увешивается с ростом температуры начала кристаллизации и с умень-!ішем объема раствора-расплава. Кроме того обнаружено, что вари-шность слоев на нижних подложках всегда выие, чем на верхних.

7. Показано,что холловская подвижность дырок в слоях 3e2)i-xEZnSe)x при низких температурах определяется рассеянием с на ионизованных примесях,а при высоких определяется рассеянием і колебаниях решетки, при прочих равных условиях зависит также г состава и структурного совершенства слоев.

8. Установлено, что в структурах nGaAs-n⁺(Ge2)i-x(ZnSe)x'TOKO-рохождение определяется туннельно-рекомбинационнкм механизмом,

в структурах nGaAs-lGaAs-n⁺(Ge2)i-x(ZnSe)x протекают токи, ог-аниченные объемным зарядом.

9. На вольт-емкостных характеристиках n6aAs-p⁺(Se2)i-x(2riSe)x
труктур в зависимости от условий роста обнаруживается "полочка",
вторая обусловлена возникновением высокосмной- прослойки.

10. Спектральная зависимость фототока nGaAs-n(8e2>i-x(ZnSo)x -'(G&2)i-x(ZnSe)x структур охватывает широкий интервал энергии па-іающих квантов от 1.07 зВ до 2.51 зВ.

11. Показано, что с увеличением температуры начала крвсталлиза-

- в -

цни Он, к.). максимуму спектральной вависимости фотоЗДС структ n6aAs-n(&42)l-X (ZnSe)x-p(Qe2)i-x(ZnSe)x смещаются в более коре каволтовую область длин воли, а гремя жизни "фотоносителей расі ОТ 1СГ^б о при Тн.к."590 С до Б 10"³ С при Тн.к. =680 С.

12. Оценка ширины запрещенной зоны эпитаксиальных сде (Qe2)i-x(ZnSe)x , на основе намерения спектров фотолюминесценг послойным снятием,показала.что варизонность с увеличением темп ратуры начала кристаллизации растет.

Ії^уїная и практическая ценность работа. Данные, полученные исследованию фазового равновесия в системах Sn-ZnSe-Ge в темпе[ турном интервале 670 - 730 С, служат физической предпосылкой ; выращивания эпитаксиальных слоев (6e2h-x(ZnSe)x на праки» Разработанная технология выращивания эпитаксиальных елс (Ge2)i-x(ZnSe)x с контролируемыми параметрами из ограничение объема оловянного раствора-расплава может быть использована } получения приборных отруктур с необходимыми электрофизическим! фотоэлектрическими свойствами.

Полученные твердые растворы (6e2h-x(ZnSe)x представляют прг тичееккй интерес такие как новый полупроводниковый материал ) микрозлектроники.

11а аащкху вшадятея следувщш полокешш:

1. Увеличение-растворимости .селенида цинка в олове введені германия в раствор-расплав,а также возможность получе] твердых растворов (Ge2)i-x(ZnSe)x объясняется в рамках ті рий обобщенных моментов. .

2. Определены оптимальные условия жидкофазной зпитаксии стр; турно-совершенных варизонных слоев твердых раствої (Ge2)i-x(2nSe)x на подложках (100) 6aAs , (Ш) бе 8адн>Чі пзіеся в следующем:

-рост осуществляется из оловянного раствора-расплава, сіра ценного между двумя горизонтально расположешшш подложка -величина зазора между подложками 0.35 < 6 < 0.8 мм; -скорость принудительного охлаждения 1-1.5 град/мин; -температурный интервал роста 570-720 С ; -предварительная, гомогенизация раствора-расплава 1.5-2 ча -интервал начального переохлаждения раствора-расплава - ДТ=Б-10 С.

3. Установлено, что при вазорах 0.35 < 6 < 0.8 мм процесс ро

лимитируется молекулярной диффузией компонентов твердого раствора в жидкой фазе, а при зазорах 5 > 0.8 мм на процесс переноса лимитирующих компонентов влияют таїоке конвекционные потоки возникающие под действием гравитационного поля.

4. Показано, что степень варизонпости эпитаксиальных слоев вдоль направления роста можно регулировать изменением температуры начала кристаллизации и объема раствора-расплава.

5. На основе исследований электрических,фотоэлектрических и фотолюминесцентных свойств 'твердых растворов (Ge2H-x(ZnSe)x* установлено,что:

-в структурах n6aAs-n⁺(Ge2)i-x(ZnSe)x токопрохождение определяется туннельно-рекомбинациошшм механизмом; -спектральная зависимость фототока охватывает широкий интервал энергии падающих квантов от 1.07 эВ до 2.51 эВ. -максимумы собственной полосы фотолюминесценции смещаются в более коротковолновую область с увеличением температуры начала кристаллизации. Апробация работы. Результаты работы были апробированы на Респ.конф."Мирзо Улугбек таваллудининг 600 йиллигига багишланган илмий-амалий конференцияси", Гулистон.1994 г., Междунар.науч-но-техн. копф. "Новые неорганические материалы",Ташкент, сентябрь 1996 г., Междунар.конф. "Актуальные проблемы физики лолупроводни-ковых приборов",Ташкент, апрель, 1997г., Междунар.конф."Проблемы теоретической физики и физики твердого тела".Бухара, апрель,1997 г., Междунар.конф."International workshop on applied solar energy",Ташкент.июль,1997, , 4 ой Междунар. конф. "International union of materials research societies",Япония,сентябрь,1997 г., б ом Междунар.симпозиуме по перспективным материалам,Исламабад,Пакистан, сентябрь,1997 г., 1 ой Национала.конф."Рост кристаллов",Ургенч, октябрь,1997 г. и других Международных и республиканских конференциях, а также на семинарах полупроводникового направления ФТИ НПО "Физика-Солнце" АН РУз.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 27 научных работ.

Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состой? из введения,четырех глав.ваклшения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации 153 стралиц машинописного текста ,* 35 рисунков, 7 таблиц, список литературы из 128 наименований.