Введение к работе
. . Актуальность темы. В настоящее время основным материалом ИК-оптеэлектроники являются твердые растворы (ТР) Cd^Hg Те (КРТ). Это обусловлено исключительными физическими свойствами системы HgTe-Cd'fe. Возможность плавного изменения ширины' запрещенной зоны от -0.3 до 1.6 эВ за счет изменения состава ТР позволяет изготавливать на их основе фотоприемники, работающие в спектральном диапазоне і.5-14 мкм, а также формировать на одном полупроводниковом кристалле многоцветные ИК-детекторы. Высокая подвижность электронов и низкая диэлектрическая проницаемость обеспечивают высокое быстродействие приемников иолучения, работающих на этом материале.
Однако широкое использование ТР КРТ 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 ТР
' Zn Hg,_ Те (ЦРТ). Замена Cd на Zn позволяет существенно снизить
концентрацию собственных дефектов, легко-образующихся из-за сла
бой химической связи Kg-Te. При выращивании эпитаксиалышх слоев
(30) ЦТТ в отличие от КРТ исследователям в первую очередь прихо
дится сталкиваться с проблемой опутствия бинарной подложки, изо-
периодной выращиваемому ЭС. Поэтому для получения качественных ЭС
ЦРТ необходимо применять подложки тройного ТР Zn2Cdj Те с боль
шим содержанием Zn (z^O.20), получение которого является сложной
технологической задачей. Существенно расширить аыбор гетеропары
подл6ал.?-с7,г"й при эпитаксии, сохранив прь1 этом преимущества
Zn-содержащего ТР. позволяет применение ТР Zn CdJKg^ _ Те . (ЦКРТ). Использование четверной системы, в которой зонные пара-: .етри Можно подбирать путем независимого изменения содержания компонентов, как х.так и у, перспективно и с точки зрения создания перестраиваемых сптоэлектронных приборов в Оолзе 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 жидкофззной эштаксии высококачественных ЭС ZnzCdyHg1_х Те и изучение их свойств.
Нчучнал новизна. В работе впервые получены следующие результаты.
Модифицированным методом жидкофэзной эпитаксии (ЖФЭ) выращены ЭС Zn^Gd Hg1_x_ Те. По своим параметрам, таким как планарность поверхности, микротвердость, время жизни неравновесных носителей заряда, эти слои не уступают лучшим слеш КРТ, полученных тем же методом;
Исследованы диаграммы фазовых равновесий (ДФР) в системах Zn-Hg-Te и Zn-Cd-Hg-Te в ооласти составов, обогащенных Те. Получено хорошее согласие экспериментальных данных'по ДФР с'данными, рассчитанными по теории полностью ассоциированных растворов (ПАР). Установлено, что при эпитаксии на неизоиериодической подложке происходит сдвиг фазовых равновесий в сторону уменьшения температуры ликвидуса, что требует учета при. проведении процессов ЖФЭ;
Разработан режим температурного отжата 30 ШРТ в насыщенных парах Hg, 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 ІЩ.РТ' п- и р-тила проводимости. В спектрах ФЛ удалось наблюдать примесные полосы излучения, связанные с различными за-' рядовыми состсяігпями вакансий атомов ртути. Показано, что при низких температурах (Т<40К> излучательная рекомбинация происходит
с участием зксктоноб, локализованных на флуктуацнях состава.
- Устанаэ-гено, чте качество ЭС 1ІКРЇ определяется кё столько уело-
виями изопериодичности подложки и слоя, сколько качеством используемых подложек;
На основании данных по микротвердости, измерений времени жизни неравновесных носителей заряда подтверждено предположение. 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 фотоприемникоБ, чувствительных в ИК-области спектра. Полученные данные по диаграмме фазовых равновесий систем Zn-Hg-Te и Zn-Cd-Hg-Te 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 иатериало--ведения ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН. .
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура 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 наименования. Общий объем диссертации составляет 123
