WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 4 Катодолюминесценция и неупругое рассеяние света в эпитаксиальных пленках Ga1-xAlxP © Л.К. Водопьянов, В.И. Козловский, Н.Н. Мельник Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 27 сентября 1999 г. Принята к печати 25 октября 1999 г.) Проведено исследование низкотемпературной катодолюминесценции и комбинационного рассеяния света эпитаксиальных слоев Ga1-xAlxP в диапазоне 0 x 0.8, выращенных жидкофазной эпитаксией на подложках GaP (100). Полученные спектры катодолюминесценции свидетельствуют о нелинейной зависимости ширины непрямой запрещенной зоны от состава Ga1-xAlxP. Эту нелинейность можно описать параболой с параметом прогиба 0.13. Исследования комбинационного рассеяния света показали, что фононный спектр Ga1-xAlxP состоит из одной колебательной моды Al–P и трех мод Ga–P.

Введение затрудняло наблюдение тонких эффектов, связанных с композиционной перестройкой фононного спектра. В Слои твердого раствора Ga1-xAlxP интересны для данной работе представлены результаты измерений КРС создания зеленых светодиодов, в том числе в качест- на длинноволновых оптических фононах в эпитаксиальве барьерных слоев в квантово-размерных структурах ных пленках Ga1-xAlxP в широком диапазоне составов Ga1-xAlxP/GaP/AlP/Ga1-xAlxP [1]. Параметры кристал- с x = 0-0.8, выполненные с применением техники лической решетки крайних бинарных соединений в этом микро-рамановских измерений [8]. Эта техника позвотвердом растворе практически совпадают (рассогласова- ляет наблюдать колебательные возбуждения в тонких эпитаксиальных слоях.

ние a/a < 0.001 [2]), что способствует выращиванию малодефектных изоморфных гетероструктур. Однако люминесцентные свойства, а также фононный спектр этих Эксперимент слоев практически не исследованы.

В [3] приводится изменение спектрального положения Эпитаксиальные пленки Ga1-xAlxP с содержанием AlP, максимума линии излучения от состава твердого расизменяющимся в пределах x = 0-0.8, были выращены твора лишь в узком интервале 0.55 < x < 0.75 при на подложке GaP (100) методом жидкофазной эпитаксии комнатной температуре. На основании этих данных и по из обогащенного галлием расплава в Государственном спектрам поглощения, измеренным также при комнатной институте редких металлов. Толщина выращенных слоев температуре, делается вывод о линейной зависимости составляла 3–10 мкм. Никакой дополнительной обработширины запрещенной зоны Eg от x. Однако в [4] ки поверхности Ga1-xAlxP для проведения измерений приводятся другие известные данные для отдельных соКЛ и КРС не проводилось, за исключением Ga1-xAlxP с ставов Ga1-xAlxP, которые не укладываются в линейную x = 0.8. Поверхность эпитаксиального слоя в последнем зависимость. В данной работе мы приводим спектры низслучае покрывалась защитной пленкой для устранения котемпературной катодолюминесценции (КЛ) для широгидролиза поверхности в атмосфере воздуха. Защитная кого набора составов Ga1-xAlxP, которые, в частности, пленка удалялась непосредственно перед проведением свидетельствуют о нелинейности зависимости Eg(x).

измерений спектров КЛ. Компонентный состав пленок Малое число работ посвящено и исследованию фононGa1-xAlxP задавался составом смеси AlP/GaP в жидкой ного спектра Ga1-xAlxP. В [5] представлены результаты фазе. Согласно [3], для системы GaP–AlP состав эпитаканализа спектров решеточного отражения объемных крисиальных слоев практически совпадает с составом исходсталлов Ga1-xAlxP, которые могут отличаться от анало- ной смеси с жидкой фазе. Сделанный нами микроанализ гичных спектров эпитаксиальных пленок из-за различия образца с x = 0.5 подтвердил обоснованность такого в условиях получения твердого растрова. Комбинацион- предположения.

ное рассеяние света (КРС) в Ga1-xAlxP исследовалось Катодолюминесценция исследовалась при энергии в [6], но так же для объемных кристаллов и лишь для ма- электронов 10 и 30 кэВ, токе 1 мкА и различных диамелого интервала составов, с x < 0.23. В другой работе [7] трах электронного пятна на образце от 1 мм до 30 мкм.

возбуждение спектра КРС осуществлялось излучением, Образец охлаждался до температуры T 14 K с помонаправленным нормально к поверхности тонкой пленки, щью криогенератора замкнутого типа, работающего по выращенной методом химического осаждения из паров циклу Макмагона. Анализировалось излучение, вышедметаллорганических соединений на подложке GaP. Так шее через облучаемую электронным пучком поверхность как тонкие пленки сплава были частично прозрачны для образца. Спектры регистрировались с помощью спектровозбуждающих линий Kr-лазера, в спектрах преобладали графа PGS-2 с фотометрической приставкой, имеющего очень интенсивные полосы подложки GaP. Последнее дисперсию 0.7 нм/мм.

Катодолюминесценция и неупругое рассеяние света в эпитаксиальных пленках Ga1-xAlxP Рис. 1. Спектры катодолюминесценции эмитаксиальных пленок Ga1-xAlxP при T = 14 K, энергии электронов Ee = 30 (a, b) и 10 кэВ (c, d). a — x = 0 (GaP), b — x = 0.25, c — x = 0.5, d — x = 0.7. Плотности тока электронного пучка je указаны.

Спектры КРС измерялись при возбуждении линией Катодолюминесценция 4880 Ar-лазера. Использовалась методика микро-рамановских измерений, заключающаяся в том, что излуче- На рис. 1, a представлены спектры КЛ чистого GaP.

ние лазера фокусировалось в области эпитаксиального При диаметре электронного пучка de = 1 мм, что слоя на поверхности скола. Тем самым удается суще- соответствует плотности тока je = 10-4 А/см2, наиственно уменьшить влияние подожки GaP на спектры более интенсивной линией является линия излучения КРС эпитаксиального слоя. Пятно фокусировки имело донорно-акцептоных пар (DAP) с максимум вблизи размер 1-3 мкм, так что оно полностью укладывалось 2.21 эВ [8]. Структуру на длинноволновом спаде этой на толщине исследуемых слоев. Спектры записывались линии можно приписать ее фононным повторениям. Пос помощью спектрометра U-1000 в геометрии обратного скольку полуширина бесфононной составляющей линии рассеяния. излучения довольно велика и не разрешается ее тон3 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 420 Л.К. Водопьянов, В.И. Козловский, Н.Н. Мельник Рис. 1 (продолжение).

кая структура, по спектральному положению фононных и спектр чистого GaP, хотя линии заметно уширены и повторений можно лишь оценить энергию участвую- сдвигаются монотонно в сторону больших энергий по щих в излучении фононов: Eph 45 мэВ (360 см-1). мере увеличения x. Из-за уширения бесфононной линии С увеличением плотности тока (уменьшением de) до излучения DAP трудно проследить за изменением Eph с 0.1 А/см2 излучение DAP насыщается и на коротко- изменеием x по структуре DAP. Однако с увеличением волновом крае спектра хорошо проявляется узкая ли- x растет интенсивность фононного повторения более ния (I2), которую можно приписать излучению экси- узкой линии I2. Для образца с x = 0.7 энергетическое тонов, связанных с нейтральными донорами [8]. От- расстояние между бесфононной линией и ее фононным метим, что в спектре не видно фононных повторений повторением составляет величину Eph = 53 мэВ, что линии I2. заметно больше значения 45 мэВ для образца GaP. Таким Спектры КЛ для трех различных составов Ga1-xAlxP образом, наблюдается перестройка фононного спектра (x = 0.25, 0.5, 0.7) представлены соответственно на твердого раствора Ga1-xAlxP с изменением x. Эта рис. 1, b, c, d. Как видно из рисунков, спектр излучения перестройка более детально исследовалась методом КРС твердого раствора имеет примерно ту же структуру, что (см. далее).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Катодолюминесценция и неупругое рассеяние света в эпитаксиальных пленках Ga1-xAlxP Комбинационное рассеяние света На рис. 3 представлены типичные спектры КРС для твердого раствора Ga1-xAlxPс x = 0.15, 0.4, 0.6 и 0.8. В выкосочастотной части спектра проявляются две полосы AlP-подобных колебаний. С увеличением содержания AlP интенсивность полосы с частотой 440 см-1 увеличивается, а ее положение практически не изменяется.

Вторая полоса с увеличением x сдвигается в сторону высоких энергий. В низкочастотной области спетра, где проявляются GaP-подобные колебания, наблюдается более сложная картина. Проявляется ряд полос, не всегда четко разрешенных по частоте, интенсивность которых изменяется с изменением x. На рис. 4 представлен Рис. 2. Изменение энергетического положения максимума спектр образца с x = 0.25, снятый в более узком коротковолновой линии излучения E(I2) в спектрах катодолюспектральном интервале. Видно, что многие полосы минесценции Ga1-xAlxP в зависимости от состава при T = 14 K КРС проявляются в завуалированном виде, в форме и je = 0.1А/см2. Точки — экспериментальные данные, пункплеча на спаде более интенсивного пика или на фоне тирная линия — линейная аппроксимация, сплошная линия — шума. Истинные параметры таких полос определялись параболическая аппроксимация с параметром прогиба 0.13.

с использованием компьютерной программы разделения контуров.

Для интерпретации экспериментально наблюдаемых полос КРС необходимо было определить их природу На рис. 2 представлена зависимость энергетического (продольные или поперечные фононы). Для этого провоположения максимума линии I2, E(I2), от параметра дились поляризационные измерения. Тензоры эффективсостава x слоев Ga1-xAlxP. Видно, что эта зависимость ных сечений КРС для полярных кубических кристаллов имеет нелинейный характер и может быть аппроксимисо структурой цинковой обманки были рассчитаны в [9].

рована параболой с так называемым параметром прогиба Согласно правилам отбора, вытекающим из рассмотреравным 0.13. Предполагая, что линия излучения I2 приния этих тензоров, при возбуждении в направлении мерно одинково отстоит от края непрямой запрещенной 111 в поляризованных спектрах (параллельная полязоны для всех составов твердого раствора и их энерризация возбуждающего и рассеянного света) должны гетическое различие составляет 32 мэВ [8], получаем проявляться только продольные фононы. В деполяризависимость ширины непрямой запрещенной зоны от x в зованных спектрах (скрещенные поляризации) могут X виде Eg [эВ] =2.338 + 0.19x - 0.13x(1 - x). проявляться как продольные, так и поперечные фононы.

Рис. 3. Спектры КРС эпитаксиальных пленок Ga1-xAlxP для различных значений параметра состава x = 0.15, 0.4, 0.6 и 0.8 при возбуждении линией 488 нм Ar-лазера.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 422 Л.К. Водопьянов, В.И. Козловский, Н.Н. Мельник Рис. 4. Спектр КРС эпитаксиальной пленки Ga0.75Al0.25P.

Рис. 5. Поляризованный Z(X, X)Z и деполяризованный Z(X, Y )Z спектры КРС эпитаксиальной пленки Ga0.5Al0.5P.

На рис. 5 приведен для примера спектр сплава с x = 0.5. GaP-подобных колебаний наблюдается три TO-ветви и Верхняя кривая относится к поляризованному спек- одна LO-ветвь. Характерно, что при уменьшении контру Z(X, X)Z, а нижняя к деполяризованному спектру центрации Ga TO- и LO-ветви не сходятся к щелевой Z(X, Y)Z. Видно, что интенсивность полос 405 и моде Ga в решетке AlP. Одна из причин такого поведения 480 см-1 во втором случае сильно уменьшается, что может быть связана с воpможным отсутствием энергетипозволяет отнести их к LO-фононам.

ческой щели между разрешенными зонами акустических и оптических колебаний в решетке AlP. К сожалению, В результате анализа экспериментальных спектров фононный спектр этого соединения не изучен. Природа пленок Ga1-xAlxP были получены зависимости частот отрезка ветви, соответствующего 393 см-1, наблюTO- и LO-фононов от состава сплава (от x) (рис. 6).

Видно, что AlP-пободные колебания (две верхние кри- дающегося в интервале составов с x = 0.15-0.25, нам вые) ведут себя в соответствии с классической двухмодо- неизвестна. Следует отметить хорошее согласие между концентрационными зависимостями TO-ветвей из КРC и вой схемой перестройки фононного спектра. При малой концентрации Al TO- и LO-ветви сходятся к частоте ло- инфракрасных измерений [5]. Таким образом, два незакального колебания Al, замещающего P в решетке GaP, висимых оптических метода показывают существование равной 440 см-1, что находится в хорошем согласии трех ветвей поперечных оптических фононов в системе с экспериментальным значением = 438 см-1 [10]. Для сплавов (GaAl)P.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Катодолюминесценция и неупругое рассеяние света в эпитаксиальных пленках Ga1-xAlxP Рис. 6. Изменение фононного спектра Ga1-xAlxP от параметра состава x.

Аналогичная перестройка фононного спектра наблю- Авторы выражают благодарность сотрудникам далась нами в подробно исследованной системе сплава ГИРЕДМЕТ А.А. Шленскому и Л.В. Дружининой за Hg1-xCdxTe [11,12]. Она объяснялась на основе квазимо- выращивание пленок (GaAl)P.

лекулярной модели, согласно которой кристаллическая Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ структура сплава рассматривается образованной из пяти (проекты 97-02-16791 и 96-15-96596) и ГНТП ”Физика тетраэдрических базисных ячеек с общим анионом в квантовых и волновых процессов”, направление ”Фундацентре тетраэдра и различной комбинацией катионов в ментальная спектроскопия” (проект 0.8.02.73).

вершинах тетраэдра. Для каждого из колебаний Hg–Te и Cd–Te возможны четыре моды колебаний в зависимости от типа базисной ячейки. Поскольку базисные Список литературы ячейки предполагаются невзаимодействующими (в силу преобладания короткодействующей ковалентной связи [1] F. Issiki, S. Fukatsu, Y. Shiraki. Appl. Phys. Lett., 67, в тетраэдрических соединениях), частоты этих мод не (1995).

[2] В.И. Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Лизависят от состава сплава, а изменение колебательного товченко. Оптические свойства полупроводников. Спраспектра кристалла с составом сплава определяется совочник (Киев, Наук. думка, 1987).

отношением концентраций различных базисных ячеек.

[3] H. Sonomura, T. Nanmori, T. Miyauchi. Appl. Phys. Lett., 24, Не все моды могут быть разрешены при измерениях 77 (1974).

колебательного спектра, так как расщепление мод для [4] С.С. Стрельченко, В.В. Лебедев. Соединения A3B5. Спраразличных базисных ячеек в значительной степени завивочник (М., Металлургия, 1984).

сит от соотношения масс катионов между собой и масс [5] G. Lucovsky, R.D. Burnham, A.S. Alimonda. Phys. Rev. B, катиона и аниона для каждой пары. Этим, по-видимому, 14 (6), 2503 (1976).

и объясняется тот факт, что в системе сплава Ga1-xAlxP [6] Б.Х. Байрамов, В.Н. Бессолов, Э. Яне, Ю.П. Яковлев, В.В. Топоров, Ш.Б. Убайдуллаев. Письма ЖТФ, 6 (23), в нашем эксперименте наблюдается одна мода колебаний 1432 (1980).

Al–P и три моды Ga–P-подобных колебаний.

[7] G. Armelles, J.M. Calleja, E. Munoz. Sol. St. Commun., 65 (8), 779 (1988).

[8] А. Берг, П. Дин. Светодиоды (М., Мир, 1979).

Заключение [9] R. Loudon. Adv. Phys., 13, 423 (1964).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.