Введение к работе
Актуальность темы. Уровень развития микроэлектроники и ИК-оптоэлектроники, в частности, определяется в значительной степени возможностями направленного и контролируемого изменения физических свойств полупроводниковых соединений. Решение этой проблемы является сложной технологической задачей, в особенности, когда речь идет об узкощелевых полупроводниках, которые характеризуются низкой термодинамической стабильностью, что приводит к образованию больших концентраций собственных и примесных дефектов и микроскопических неоднородностей, обогащенных собственными и примесными компонентами. Поэтому исследование механизмов преобразования зарядовых и примесных состояний точечных дефектов в
4 6 узкощелевых полупроводниках А\ В , под внешним воздействием, их
влияние на физические свойства и энергетический спектр изучаемых обьектов, исследование механизмов легирования, локализации примесных центров в решетке и др. представляют значительный интерес как с прикладной точки зрения, так и с точки зрения физики полупроводников.
Значительный интерес представляет изучение механизмов вхождения в малых концентрациях типичных парамагнитных примесей Мп и
Ей при выращивании объемных кристаллов и эпитаксиальных слоев
4 б соединении А В , поскольку примеси Мп и Ей являются компонентами
полукагнитных полупроводников.
Одним из эффективных методов управления свойствами полупроводниковых соединений является метод лазерной обработки, использование которого дает возможность в зависимости от соотношения величины кванта лазерного излучения (hoi) и ширины запрещенной зоны Е полупроводника трансформировать его приповерхностные
(hu > Е ) или обьемные свойства (hw < Е ). Однако, несмотря на
я я
многочисленные и многосторонние исследования, как в первом, так и во втором случае, механизмы взаимодействия лазерного излучения \с узкощелевыми полупроводниками до настоящего времени не получили исчерпывающего обьяснения.
Интерес вызывает также развитие новых методов выращивания эпитаксиальных слоев соединений А В , которые бы дали возможность получить совершенные слои с заданными свойствами на отно-
сительно "холодных" подложках с целью стабилизации границ раздела полупроводниковых структур и подавления процессов взаикодиф-фузяи компонентов и диффузии примеси.
Как было установлено в настоящей работе, высокого качества
4 б эпитаксиальные слои А В могут быть получены при использовании
лазерностимулированной-молекулярной квазинепрерывной эпитаксии
при условии (hu < Е ). К моменту начала, работы условия роста и я
физические свойства слоев, которые выращены этим методом, прак
тически не были изучены. v
Темой диссертационной работы являлось развитие представлений о механизмах лазерностимулированных преобразований, собственных и примесных дефектов в матрице кристалла, а также развитие представлений о процессах роста эпитаксиальных слоев в процессе лазерностимулированной-молекулярной квазинепрерывной эпитаксии и исследовании физических свойств полученных обьектов. ^
Ц??ь.Р?Ты1 Исследование процессов преобразования примесных, собственных дефектов в соединениях А В под действием лазерного излучения в области прозрачности матрицы (hu < Е ), а
также в эпитаксиальных слоях, выращенных методом лазерностиму-лированной-молекулярной квазинепрерывной эпитаксии.
^??_?95її*??55-иЕІа????нй_нли_Бшли?ь_следующие_задачи
1. Исследование влияния примесей переходной и редкоземельной
группы (Мп, Ей) на структурные, электрофизические и фотоэлектри
ческие свойства монокристаллов РЬТе, PbSe и твердых растворов на
ИХ ОСНОВе;
2. Исследование процессов лазерностимулированного преобразо
вания электрофизических, оптических свойств, зарядового состояния
и положения примесей Мп и Ей в узкощелевых полупроводниках А В ;
-
Исследование процессов миграции ионов Мп и Ей в решетке РЬТе, PbSe при совместном воздействии лазерного излучения и постоянного внешнего электрического поля;
-
Исследование технологических режимов выращивания эпитаксиальных слоев нелегированных и легированных примесью Мп некото-
4 6 рых узкощепевых полупроводниковых соединений А В Методом лазер-
ностимулированной молекулярной квазинепрерывной эпитаксии;
-
Исследование структурных, электрофизических и оптических свойств, полученных эпитаксиальных слоев А В ;
-
Определение зарядового состояния и положения примеси Мп в
решетке эпитаксиальных слоев PbTe(PbSe) : Мп.
Научная новизна. 1. Установлено, что а монокристаллах PbSe и их твердых растворах под действием лазерного излучения (hu
< Е ) малой плотности потока мощности происходит изменение их
ч электрофизических,оптических и структурных свойств, которые обусловлены миграцией примесных и собственных компонент под воздействием лазерного излучения.
2. Показано, что типичные примеси переходной (Мп) и редкоземельной ( EuJ групп при лазерностимулированной миграции в кристаллической решетке А В не изменяют своего зарядового состояния.
3. Показано, что совместное воздействие слабых постоянных
электрических полей (Е' ) и электромагнитной волны лазерного
внеш
излучения приводит к направленному переносу ионов Мп * и Ей *
вдоль направления электрического поля, когда вектор напряженности
внешнего поля (Е ) параллелен электрическому вектору (Е„)
внеш г г л
электромагнитной волны лазерного излучения.
4. Проведены исследования структурных, электрофизических,
оптических свойств и электронного парамагнитного резонанса
нелегированных и легированных слоев PbSe, выращенных лазерно
стимулированной- молекулярной квазинепрерывной эпитаксией.
Практическоезначениеработы^ Лазерностимулированные (hu Тонкопленочная технология, основанная на методе лазерно- стимулированной молекулярной квазинепрерывнои эпитаксии соедине- 4 6 нии А В , позволяет существенно понизить температуру роста и выращивать структурно совершенные слои с заданными параметрами и однородным распределением легирующей примеси по узлам кристаллической решетки. Защищаемые положения. 1. В легированных парамагнитными при- месями Мп и Eu (N si О см ) монокристаллах халькогенидов свин- пр г ца, выращенных из расплава, примеси распределяются преимущественно по междоузлиям и металлообогашенным включениям, что обусловлено низкой термодинамической стабильностью матрицы. Взаимодействие лазерного излучения Ihu < Е ) с монокристаллами селенидов свинца приводит к фотостимулированному распределению собственных и примесных компонент в поле электромагнитной волны лазерного излучения по узлам решетки кристалла и изменению концентрации свободных носителей в области дырочной и электронной проводимости. Совместное воздействие лазерного излучения и постоянного внешнего электрического поля Е_„__, s о. 1 В/см приводит к направ-ленной миграции ионов вдоль приложенного электрического поля при совпадении электрического вектора Е электромагнитной волны лазерного излучения и внешнего ПОЛЯ Е_ . * внеш 4. Лазерностимулированная - молекулярная квазинепрерывная эпитаксия соединений PbSnSe (PbSnSe:Mn) позволяет получать на относительно "холодных подложках'ЧТ 300+450 К) слои высокого структурного совершенства (ЛЄ < 4') с высокими электрофизически- 4 2 ми параметрами (ц «2.0-10 см /В с) и распределением примеси по узлам кристаллической решетки. *5Р2????-Р?ТЫ:. Основные результаты диссертации докладывались на: I Межвузовской конференции "Материаловедение и физика полупроводниковых фаз переменного состава", Нежин, 1991 г; III Всесоюзной научно - технической конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников", Черновцы, 1991г; I Национальной конференции "Дефекты в полупроводниках", Санкт-Петербург, 1992г; I Одесском международном семинаре "Компьютерное моделирование электронных и атомных процессов в твердых телах", Одесса, 1992г; ежегодных Лашкаревских чтениях Института физики полупроводников АН Украины, Киев, 1993г; Научно-теоретической ^-конференции по итогам НИР за 1992 год физического факультета _Кыргосуннверси-тета, Бишкек, 1993г; семинарах Отделения оптики полупроводников, отдела радиоспектроскопии твердого тела Института физики полу-, проводников АН Украины и кафедры физики полупроводников и диэлектриков Кыргоснацуниверситета. 5????и??ї?*:. По материалам диссертации опубликованы десять Структура_и_обьем_дкссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 151 наименований. Полный обьем диссертации - 183 машинописных страниц, включая 46 страниц с рисунками и 5 таблиц.
печатных работ, -, /