Введение к работе
Актуальность темы. Кристаллы фторида кадмия обладают кубической структурой флюорита, близкой к структуре алмаза, которую имеют кристаллы кремния. Постоянная решетки фторида кадмия (5.39 А) при комнатной температуре меньше постоянной решетки кремния всего на 0.8%, а при более высоких температурах из-за большего значения коэффициента термического расширения CdF2 рассогласование уменьшается. Эти обстоятельства позволяют осуществлять эпитаксиальный рост фторида кадмия на подложках кремния. С учетом, что постоянная решетки другого фторида, CaF2 , превосходит при комнатной температуре постоянную решетки Si на 0.6 %, представляет значительный интерес выращивание когерентных гетероструктур и сверхрешеток (СР), основанных на слоях этих фторидов и имеющих среднюю постоянную решетки, согласованную с постоянной решетки Si. Наконец, принимая во внимание, что сродство к электрону для Cd существенно больше, чем для Са, можно ожидать интересные электронные явления в гетероструктурах CdF2/CaF2 [1]. Электронные свойства этих фторидов, несмотря на сходство их кристаллических структур, сильно различаются из-за специфических особенностей кадмия. При большом значении ширины запрещенной зоны CdF2 (8 эВ) легирование трехвалентными примесями позволяет превратить этот кристалл в полупроводник п-типа с мелкими донорами, энергия связи которых имеет величину порядка 0.1 эВ, и концентрацией свободных электронов до ~5-1018 см'3 [2]. Другое привлекательное свойство кристаллов CdF2 заключается в эффективной электролюминесценции, наблюдаемой в легированных образцах. В зависимости от состава примеси можно изменять длину волны излучения от ИК до УФ области [3]. Таким образом, имеется достаточно оснований рассматривать возможность практического использования гетероструктур с эпитаксиальными слоями фторида кадмия.
Цель настоящей диссертационной работы заключалась в исследовании процессов эпитаксиального роста различных гетеро-структур со слоями фторида кадмия и изучении их свойств. В работе предполагалось решение следующих основных задач.
-
Изучение процессов эпитаксиального роста фторида кадмия.
-
Структурная характеризация выращенных пленок с использованием методов обратного резерфордовского рассеяния, дифференциальной рентгеновской дифрактометрии и микроскопии атомных сил.
-
Получение эпитаксиальных слоев фторида кадмия, обладающих полупроводниковыми свойствами.
-
Рост СР в системе CdF2 - CaF2 , структурная характеризация и изучение их оптических свойств.
Основные положения .выносимые на защиту, и их новизна;
Эпитаксиальные слои CdF2 высокого кристаллического качества могут быть выращены методом МЛЭ на подложках Si(111) с применением буферного слоя CaF2 . При температурах выше 100С совершенство буферного слоя оказывает определяющее влияние на процесс эпитаксиального роста фторида кадмия на Si.
Путем выбора надлежащих условий отжига в парах кадмия эпитаксиальные слои фторида кадмия, легированного эрбием, могут быть преобразованы в проводящее состояние с минимальным удельным сопротивлением 0.1 Ом-см.
Впервые выращенные СР в системе CdF2 - CaF2 обладают резкими гетерограницами и высоким структурным совершенством. Значительная разница атомных факторов рассеяния кальция и кадмия делает эти объекты привлекательными для рент-геноструктурных исследований, в то время как большая величина разрыва зоны проводимости на гетерогранице приводит к
новым явлениям в люминесценции редкоземельных ионов в этих структурах.
Впервые полученная дифракционная картина от СР в симметричной Лауэ-геометрии позволяет упростить определение структурных параметров СР из результатов рентгенодифракционных измерений.
Обнаруженный в данной работе эффект сильного уменьшения интенсивности люминесценции Еи2+ в СР CdF2-CaF2:Eu при постоянном возбуждении обусловлен фотоионизацией ионов Еи2+ в результате ухода электронов с нижнего возбужденного уровня двухвалентного европия в зону проводимости CdF2 .
Люминесценция Еи3+, характерная для СР и практически отсутствующая в эпитаксиальных слоях CaF2:Eu, подтверждает наличие процессов переноса заряда через гетерограницу CdF2 / CaF2:Eu.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: Biennal European Conference on Insulating Films on Semiconductors (INFOS), Grenoble, France, 1995; International Symposium Nanostructures: Physics and Technology, St.Petersburg, Russia, 1995, 1996 и 1998; International Conference on the Formation of Semiconductor Interface (ICFSI). Princeton. USA, 1995 and Cardiff, UK, 1997; X Feofilov Symposium on spectroscopy of crystals activated by rare earth and transitional ions, St.Petersburg, Russia, 1995; 23rd International Symposium on Compound Semiconductors, St. Petersburg, Russia, 1996; Material Research Society, Boston, USA, 1996; Nanostructured materials and systems, Chemnitz, Germany, 1997; 6-th Russian-German Seminar on Point Defects in Insulators and Deep Centers in Semiconductors, St.Petersburg, Russia, 1997, 10-th Conference on Semiconducting and Insulating Materials, Berkeley, USA, 1998.
Результаты работы докладывались также на семинарах лаборатории в ФТИ им. Иоффе и Rensselaer Polytechnic Institute, USA.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 100 страниц, 48 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 65 наименований.
