WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. 3 Генерация дислокаций в варизонных гетеросистемах CdTe/CdHgTe на начальных стадиях эпитаксиального роста © А.И. Власенко, З.К. Власенко, И.В. Курило, И.А. Рудый Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина Национальный университет „Львовская политехника“, 29013 Львов, Украина E-mail: zvlas@isp.kiev.ua (Поступила в Редакцию 24 февраля 2005 г.

В окончательной редакции 12 мая 2005 г.) На основе сопоставления данных микроскопических исследований, исследований состава и микротвердости показано, что в эпитаксиальных варизонных гетеросистемах CdTe/CdHdTe существует развитая система массивов дислокаций различного происхождения (прорастающих, несоответствия, на границах сращивания трехмерных островков и др.) с наклонными и параллельными границе раздела сегментами. Обнаружено неравномерное по толщине гетеросистемы увеличение микротвердости, коррелирующее в эпитаксиальном слое с распределением плотности дислокаций.

PACS: 61.72.Ff, 62.20.Qp 1. Введение Именно с наличием развитой системы протяженных дефектов, формируемых под влиянием целого ряда, не В связи с применением гетеросистем на основе всегда надежно контролируемых факторов, могут быть эпитаксиальных варизонных слоев твердых растворов связаны низкие по сравнению с объемными кристаллами CdxHg1-x Te (MCT) на подложках с различной степенью и не всегда надежно воспроизводимые электрические сопряженности кристаллических решеток для созда- и фотоэлектрические параметры нарощенных слоев, о ния фотоприемных структур в инфракрасном диапазоне чем неоднократно упоминалось в литературе (см., наспектра возникает вопрос о доминирующих типах про- пример, [1]).

тяженных дефектов, определяющих или влияющих на Исходя из отмеченного выше основная цель настояфункциональные параметры этих гетеросистем [1].

щей работы состоит в выявлении и анализе доминируПри наращивании эпитаксиальных слоев МСТ c ющих процессов формирования дислокаций в гетеросиx 0.2 в качестве сопряженных применяют, как прастеме СТ/МСТ, в том числе с учетом начальных стадий вило, подложки CdTe (CT), Cd0.96Zn0.04Te (CZT) и др., эпитаксиального роста.

имеющие близкие параметры решеток. Это в определенной степени позволяет минимизировать влияние рас2. Подготовка образцов и методы согласованности параметров решеток подложки и наращиваемого слоя на структурные свойства гетеросистем. исследования Тем не менее, как свидетельствуют анализ литературных данных и наши исследования [1–3], полностью устранить Для исследований использовались варизонные гетеэто влияние не удается. росистемы СТ/МСТ, полученные методом парофазной Влияние рассогласованности параметров подложки эпитаксии [7], что позволяло применять для эпитакСТ и нарощенного слоя МСТ на физико-механические сиального наращивания сравнительно невысокие (по свойства границы раздела (металлургической границы) сравнению с синтезом объемных кристаллов) темпеанализировалось в [2]. В то же время существенное ратуры (T = 550-600C), при которых, как правило, влияние на процессы формирования протяженных де- было достаточно традиционных технологических приефектов в эпитаксиальном слое могут оказывать особен- мов очистки исходных компонентов и технологической ности ростового процесса, в том числе его начальных оснастки для получения сравнительно чистых слоев.

стадий (зародышеобразование, коалесценция островков В качестве подложек применялись пластины высокои т. д.) [4,5]. Это может быть обусловлено как при- омного p-CT ориентации {111} или {110}; в качестве чинами фундаментального характера, определяющими источника — кристаллы HgTe (MT), MCT (x < 0.2).

специфику фазовых превращений в условиях направ- Основные параметры эпитаксиальных слоев — толщина, ленной кристаллизации на подложке, так и причина- состав на поверхности и профиль его распределения ми технического характера, связанными с нарушением по толщине, тип проводимости и уровень легировастабильности технологических условий, переходными ния — регулировались температурой, временем роста, процессами вывода системы на ростовый режим и вы- давлением насыщенных паров Hg, составом источника и хода из него [6] и т. п., что практически не изучалось. режимами послеростового отжига.

Генерация дислокаций в варизонных гетеросистемах CdTe/CdHgTe на начальных стадиях... Начальные стадии роста пленок исследовались методами трансмиссионной электронной микроскопии, растровой электронной микроскопии, дифракции электронов высоких энергий на отражение. Распределение состава по толщине эпитаксиальных слоев анализировалось по данным электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа сколов (Camebax).

Распределение плотности дислокаций по толщине нарощенного слоя МСТ исследовалось послойно с помощью оптической микроскопии поверхностей, обработанных в селективном травителе (HNO3 : HCl : H2O = = 1 : 1 : 1).

Поскольку эпитаксиальные слои были достаточно тонкими (как правило, до 200 µm), распределение микротвердости HV по поперечному сечению гетероструктур определялось анализом отпечатков при индентировании химически протравленного косого шлифа (с углом наклона к поверхности пленки 3), величина нагрузки на индентор была равна 0.2 N, времена опускания индентора, статического действия и снятия нагрузки составляли по 10 s.

3. Экспериментальные результаты и их обсуждение 3.1 Генерация дислокаций несоответств и я. На рис. 1, a приведена микрофотография поперечного скола гетеросистемы, протравленного в селективном травителе. В области металлургической границы наблюдается повышенная плотность дислокационных ямок травления Nd 3 · 105 cm-2. Это может быть обусловлено различием как постоянных криРис. 1. Микрофотография поперечного скола эпитаксиальной сталлических решеток исходных компонентов a и гетеросистемы СТ/МСТ, протравленной в селективном травиих линейных коэффициентов термического расширетеле (a), и распределение состава Cd (1), Hg (2) по толщине ния, так и их упругих свойств (упругих кон- слоя МСТ d (b).

стант ci j, модулей Юнга E, модулей сдвига G, коэффициентов Пуассона и др.). Перечислим наиболее часто встречающиеся значения этих величин: для контактирующих материалов, в предположении линейCdTe a = 0.6481 nm, = 4.9 · 10-6 K-1, E = 41.2GPa, ной температурной зависимости параметров решетки G = 1.539 GPa, = 0.34; для HgTe a = 0.6461 nm, составляет EMT T /(1 - MT) 36 MPa (для = 4 · 10-6 K-1, E = 45.8GPa, G = 1.614 GPa, = 0.реальных технологических условий T 500 K).

(более детальный анализ расчетных и экспериментальКак те, так и другие напряжения действуют в одном ных значений этих величин приведен в [2,8]).

направлении: подложка сжимается, эпитаксиальный слой Несмотря на небольшое различие постоянных растягивается. Отметим, что a существенно (в 6 раз) решеток исходных материалов этой гетеросистемы превышает.

( a 0.3%), параметр их несоответствия f = При наращивании эпитаксиальных слоев упругих ма=(aCT - aMT)/aCT = 3 · 10-3, что более чем на порядок превышает этот параметр для условий гомоэпитак- териалов на тонких подложках при некоторых услосии [4]. Это обстоятельство, как показано далее, необ- виях можно было бы ожидать изгиба структуры [9], знак и кривизна которого зависят от параметров соходимо учитывать при анализе физико-механических прягаемых материалов, соотношения толщин подложки, свойств границы раздела. Напряжение несоответствия, вызванное различием постоянных решеток гетеропары переходного слоя и слоя квазипостоянного состава и и возникающее непосредственно при наращивании др. Тем не менее в нашем случае толстой подложки эпитаксиального слоя, a = EMT( a)/[(1 - MT)] (0.5–1mm), тонкого нарощенного слоя (до 200 µm) и 222 MPa. Термическое напряжение, вызванное пластичного материала (значения упругих напряжений различием коэффициентов термического расширения несоответствия существенно превышают верхние граФизика твердого тела, 2006, том 48, вып. 438 А.И. Власенко, З.К. Власенко, И.В. Курило, И.А. Рудый ницы текучести, для MCT c x = 0.2 они составляют травления. Это может быть связано как с тем, что 41.4, 25.3, 28.6 MPa для направлений осей сжатия [100], селективный для MCT травитель не эффективен для СТ, [110], [111] соответственно [2]) эти напряжения в про- так и с тем, что релаксация напряжений в подложке цессе эпитаксии при высоких температурах вызывают происходит вследствие образования MD с сегментами, пластическую деформацию и образование дислокаций не параллельными поверхности раздела. Изгибаясь и несоответствия (MD). образуя полупетли, такие дислокации могут выходить не При наращивании однородного слоя МСТ введение на торцевую поверхность, а на поверхность раздела и сетки MD должно происходить на поверхности раздела далее прорастать в наращиваемый слой.

уже на начальных стадиях роста. Поскольку в структуре Для случая резкой границы раздела гетеросистемы l цинковой обманки, в которой кристаллизуются СТ и линейная плотность MD (Nd(MD)) зависит от ориентации твердые растворы МСТ, существуют дислокации - и подложек. С учетом использованных нами в [2] моделей l -типов, такая сетка MD образуется из параллельно расрасчеты дают следующие значения Nd(MD) для различны положенных совокупностей MD -типа и направленных плоскостей сопряжения:

под углом к ним MD -типа. Физико-механические и l [011],[011] l [001] электронные свойства - и -дислокаций различаются, Nd(MD){100} = Nd(MD){110} поэтому возможна анизотропия этих свойств в гетеро l [211],[112], системе по различным направлениям.

= Nd(MD){111}[121] = 7 · 104 cm-1, В условиях парафазной эпитаксии в результате про l [110] цессов взаимодиффузии в подложке происходит твердоNd(MD){110} = 5 · 104 cm-1, фазное замещение атомов Cd атомами Hg, а в наращивагде нижние индексы — плоскости сопряжения, верхние емой пленке MCT — замещение атомов Hg атомами Cd индексы – направления векторов Бюргерса MD.

(по данным [10] Hg диффундирует в СdTe быстрее, чем MD имеют высокую плотность ненасыщенных связей, Cd в осаждаемый слой HgTe). Это приводит к образовакоторые могут действовать как электрически активные нию переходного слоя твердого раствора с непрерывно состояния и существенно влиять на процессы переноса изменяющимся в пределах 1 > x > xd составом (где и неравновесные процессы как в электронной, так и xd — состав Cd на поверхности нарощенного слоя;

ионной подсистеме структуры.

рис. 1, b), соответственно изменяется постоянная криРассчитанные значения поверхностной плотности сталлической решетки.

ненасыщенных связей для различных плоскостей соНаличие слоя переменного состава является причипряжения с учетом того, что плотности оборванных ной не скачкообразного изменения напряжений несоотсвязей - и -дислокаций одинаковы, а в плоскости {111} ветствия на границе раздела, а их постепенного возрасдействуют лишь - или -дислокации, составляют тания в процессе наращивания эпитаксиального слоя.

Это приводит к более равномерному перераспределению N{100} = 6.20 · 1012 cm-2, MD в толще пленки [11]. Следует отметить, что замена резкой границы раздела на границу с плавным градиен N{110} = 4.39 · 1012 cm-2, том состава не уменьшает общего числа MD, а лишь N{111} = 3.58 · 1012 cm-2.

более равномерно распределяет их по всей толщине слоя. Поскольку значения N для плоскостей разной криКак видно из рис. 1, a, b, металлургическая граница сталлографической ориентации несколько различаются, (область II) разделяет гетероструктуру на две области: можно ожидать зависимостей от ориентации подложки диффузионную в подложке (область I) и эпитаксиально- не только электрофизических и рекомбинационных падиффузионную в нарощенном слое (область III), при- раметров нарощенных слоев, но и самих механизмов чем основное изменение состава происходит именно эпитаксиального зародышеобразования. Последнее подв подложке (градиент состава 2 · 10-2 µm-1), в наро- тверждается экспериментально (см. далее).

щенном же слое градиент состава значительно меньше 3.2. П р о р а с т а н и е д и с л о к а ц и й. Морфологи(2.4 · 10-1 µm-1). Таким образом, наличия объемной ческие исследования поверхностей подложек и наросетки параллельных поверхности раздела MD следует щенных на них слоев свидетельствуют о том, что ожидать не только в эпитаксиальном слое, но и в пленки, как правило, повторяют ориентацию подложек и подложке. Причем, как показывают расчеты, при усло- некоторые их протяженные дефекты (в частности, такие виях равномерного распределения MD по толщине этих как границы зерен, крупно- и малоугловые границы, областей их плотность в диффузионной области подлож- большие скопления дислокаций и т. п.). Это указывает ки превышает плотность в эпитаксиально-диффузионной на то, что протяженные дефекты могут прорастать из области нарощенного слоя в 3–5 раз. Эти MD должны подложки сквозь всю толщу наращиваемого эпитаксибыли бы выходить на боковую поверхность диффу- ального слоя с выходом на его поверхность, участвуя в зионной области. Тем не менее, как свидетельствует формировании массивов наклонных дислокаций, и в знарис. 1, a, в этой области подложки (область I) не чительной мере определять структурное совершенство наблюдается значительного повышения плотности ямок этого слоя.

Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Генерация дислокаций в варизонных гетеросистемах CdTe/CdHgTe на начальных стадиях... В то же время, как следует из приведенного в [4] анализа, наличие напряжений несоответствия в гетеросистеме может приводить к изгибу прорастающих дислокаций с образованием параллельных границе раздела сегментов и даже к их выходу на боковую поверхность.

Некоторое несоответствие в картинах распределения массивов дислокаций на исходных поверхностях подложки и нарощенного слоя в нашем случае как раз и может свидетельствовать в пользу этого предположения.

3.3 Генерация дислокаций на границах сращивания островков. Указанные особенности формирования массивов параллельных и наклонных к поверхности раздела дислокаций имеют место лишь при наличии сплошного эпитаксиального слоя на поверхности подложки. В реальной ситуации значительное влияние на структурное совершенство нарощенных слоев оказывают особенности элементарных процессов роста Рис. 2. Микрофотографии островков на начальной стадии рона его начальной стадии, связанные в основном с хаста эпитаксиальной пленки МСТ на подложках СТ различной рактером образования зародышей МСТ и последующей ориентации. a — {110}, b — {111}. Увеличение 20 000.

коалесценции островков.

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.