WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 5 Спектры глубоких уровней в слоях ZnTe : Cr2+, полученных эпитаксией из молекулярных пучков ¶ © Ю.Г. Садофьев, М.В. Коршков Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия Рязанская государственная радиотехническая академия, 391000 Рязань, Россия (Получена 25 сентября 2001 г. Принята к печати 17 октября 2001 г.) Выращенные методом эпитаксии из молекулярных пучков на подложках GaAs (001) слои ZnTe : Cr2+, легированные хромом как из металлического источника, так и из соединения CrI3, исследованы методом токовой спектроскопии глубоких уровней. Спектры показали наличие глубокого уровня с энергией активации (1.09 ± 0.03) эВ, связанного с центром, возникшим в результате перехода Cr2+-C+ под действием электрического поля. Легирование хромом из соединения CrI3 приводит к исчезновению ряда характерных для эпитаксиальных слоев ZnTe точечных дефектов, при этом уровень загрязнения выращиваемых пленок йодом значителен.

Соединения AIIBVI, легированные хромом, исследуют- Для сравнения был выращен нелегированный слой ZnTe.

ся с начала 60-х годов. В последние пять лет повышен- Толщина эпитаксиальных слоев находилась в пределах ный интерес к этим материалам обусловлен рядом спе- 3–9 мкм. Используемые для испарения цинка и телцифических особенностей спектров поглощения и излу- лура температуры (как и температура подложки) на чения ионов Cr2+, замещающих катионы с характерной 800-900C ниже температуры испарения металличедля кристаллических решеток сфалерита и вюрцита тет- ского хрома. Дополнительный нагрев источником хрораэдрической симметрией химических связей. Данный ма создает проблемы со стабилизацией температуры тип симметрии кристаллического поля обусловливает подложки при эпитаксии. Поэтому в качестве легиру5 ющего источника был использован также и один из наличие лишь одного излучательного перехода E-5T2 между нижним возбужденным (5E) и основным (5T2) со- представителей класса летучих галогенидов хрома — стояниями иона Cr2+. Стоксов сдвиг между полосами по- химическое соединение CrI3. Как показывают профили распределения элементов, полученные методом массглощения и излучения превышает 1000 см-1, вследствие спектроскопии вторичных ионов, (рис. 1) в последнем чего потери на самопоглощение в данных материалах случае имеет место подлегирование выращиваемых сломалы. Квантовый выход люминесценции близок к 100%.

ев йодом.

Полоса излучения занимает диапазон от 1.9 до 3 мкм.

Для исследования параметров ГУ нами был испольЭти особенности, наряду с рядом других, позвляют создавать компактные перестраиваемые лазеры инфра- зован метод токовой релаксационной спектроскопии красного диапазона, эффективно работающие при ком- глубоких уровней (токовой РСГУ). Из-за высокого сопротивления полученных эпитаксиальных слоев емкость натной температуре [1]. В настоящее время достигнут существенный прогресс в изготовлении лазеров такого типа [2]. В качестве активного элемента лазера использовались образцы, вырезанные из монокристаллического материала, концентрация хрома в котором находилась в пределах 1018-1019 см-3.

Информация о свойствах примеси хрома в материалах AIIBVI получена в основном с помощью оптических методов исследования (пропускание, фотолюминесценция, электронный парамагнитный резонанс с фотовозбуждением). В связи с этим представляет интерес изучение влияния внедренных в соединения AIIBVI атомов хрома на спектр глубоких уровней (ГУ) с привлечением электрофизических методов контроля.

В данной работе приведены результаты исследования эпитаксиальных слоев ZnTe : Cr2+, выращенных эпитаксией из молекулярных пучков на подложках n+-GaAs Рис. 1. Профиль распределения некоторых элементов в ориентации (100). Особенности получения описаны в [3].

эпитаксиальном слое ZnTe при легировании из соединения ¶ E-mail: sadofyev@sci.lebedev.ru CrI3, полученный с помощью масс-спектроскопии вторичных Fax: (095)ионов.

526 Ю.Г. Садофьев, М.В. Коршков Параметры исследуемых эпитаксиальных слоев ZnTe и глубоких уровней, обнаруженных методом токовой РСГУ Номер Источник Сечение NCr, см-3 Уровень Et, эВ Nt, см-образца хрома захвата, смE1 0.21 ± 0.01 4.0 · 10-16 1.8 · 1 Нет Нет E2 0.58 ± 0.02 8.6 · 10-17 3.8 · E3 0.09 ± 0.01 2.7 · 10-18 9.1 · E1 0.22 ± 0.01 2.1 · 10-18 2.0 · 2 Cr E2 0.60 ± 0.02 2.1 · 10-13 1.0 · E4 1.09 ± 0.03 7.8 · 10-11 7.2 · E3 0.08 ± 0.01 3.9 · 10-16 1.3 · 3 CrI3 E4 1.09 ± 0.03 4.2 · 10-11 2.9 · структур, подобно плоскому конденсатору, не изме- пульса дает для ГУ E4 значение 10-13 см2 по поняется с напряжением. Это не позволяет применять рядку величины, тогда как для центра E2 величина традиционно используемый метод емкостной релаксаци- составляет 10-16 см2. Различие величин сечений захвата онной спектроскопии. Контакты к структурам получали ГУ, определяемых при опустошении или заполнении вакуумным напылением Ni на поверхность слоя ZnTe уровней, не является неожиданным для РСГУ. При через маску с диаметром отверстий 0.8 мм и сплошным обоих использованных вариантах сечение захвата ГУ напылением In на обратную сторону подложки CaAs. E4 существенно (на 3 порядка и более) превышает Параметры исследуемых слоев (концентрация хро- величины сечений захвата остальных наблюдаемых ГУ.

В эпитаксиальном слое ZnTe, легированном испарема NCr) и обнаруженных ГУ (энергия активации Et, нием CrI3, не наблюдались ГУ E1 и E2, имевшиеся в сечение захвата, концентрация Nt) приведены в остальных образцах. По-видимому, ионы йода, встраитаблице. Спектр, полученный методом токовой РСГУ, ваясь в решетку матрицы, играют роль геттерирующих нелегированного слоя ZnTe (образец 1) содержит 2 пика, обусловленных глубокими центрами (рис. 2). Их энер- центров по отношению к другим дефектам. Образующиеся комплексы являются электрически нейтральными и гии активации Et составляют (0.21 ± 0.01) эВ (E1) и не регистрируются методом токовой РСГУ. В области (0.58 ± 0.02) эВ (E2). Эти же центры были обнаружены низких температур в образцах 2 и 3 наблюдался также и и в образце 2, который был легирован посредством ГУ E3 с энергией активации 90 мэВ. Данный уровень испарения металлического хрома (см. таблицу). Первый центр связывают с ловушкой, обусловленной ваканси- образуется в независимости от типа используемого источника для легирования хромом, и концентрация этих ями цинка VZn [4], второй — с наличием в материале центров на 4 порядка величины ниже обнаруженной вакансий теллура либо межузельных атомов цинка [5,6].

методом масс-спектроскопии вторичных ионов конценПроблемы с термостабилизацией при эпитаксии, а также значительные размеры иона хрома приводят к различию величин сечений захвата ГУ E1 и E2 в образцах и 2. В образце 2 наблюдался дополнительный ГУ Eс энергией активации (1.09 ± 0.03) эВ. Этот же ГУ был обнаружен и в образце 3, легированном испарением CrIв процессе эпитаксии ZnTe.

Ранее при исследовании электронного парамагнитного резонанса [7] в монокристаллах ZnTe : Cr2+ было обнаружено наличие метастабильных однократно ионизированных ионов Cr+, формируемых оптическим возбуждением. Энергия термической активации для перехода Cr2+-Cr+ составляла 1.14 эВ. В пределах погрешности эксперимента это практически совпадает с полученным нами для E4 значением (1.09±0.03) эВ и позволяет связать наблюдаемый ГУ с однократно заряженным ионом хрома. Концентрация ионов Cr+ составляет 10-5 от Рис. 2. Спектры токовой РСГУ (deep level current transient общего количества легирующей примеси. Необходимо spectroscopy — DLCTS) для нелегированного (1) и легиотметить также и гигантское значение сечения захвата рованных хромом эпитаксиальных слоев ZnTe (2, 3). Для для обнаруженных ГУ, близкое к 10-10 см2.

легирования структур использован металлический хром (2) Применение методики измерения сечения захвата по- и CrI3 (3). Номера кривых соответствуют номерам образцов.

средством изменения длительности заполняющего им- — длительность импульса.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 2+ Спектры глубоких уровней в слоях ZnTe : Cr, полученных эпитаксией из молекулярных... трации йода в образце 3. Кроме того, в образце 2 концентрация центров E3 почти на 2 порядка превосходит их концентрацию в образце 3. Следовательно, этот ГУ не связан с примесью йода.

Таким образом, в эпитаксиальных слоях ZnTe : Cr2+ методом токовой РСГУ с электрическим возбуждением обнаружен глубокий уровень с энергией активации (1.09 ± 0.03) эВ и сечением захвата, близким к 10-10 см2, причем концентрация таких центров по порядку величины составляет 10-5 от концентрации легирующих атомов хрома. Данный уровень связан, по нашему мнению, с переходом Cr2+-Cr+ в ZnTe : Cr2+ под действием электрического поля. Легирование хромом из соединения CrI3 приводит к исчезновению ряда характерных для эпитаксиальных слоев ZnTe точечных дефектов, по-видимому, из-за геттерирующего действия ионов йода, однако уровень загрязнения выращиваемых слоев йодом значителен. Причиной этого является, вероятно, неполная диссоциация CrI3 при испарении из молекулярного источника.

Список литературы [1] L.D. De Loach, R.H. Page et al. IEEE J. Quant. Electron., 32, 885 (1996).

[2] G.J. Wagner, T.J. Carrig, R.H. Page, K.I. Schaffers, J.O. Ndap, X. Ma, A. Burger. Optics Lett., 24, 19 (1999).

[3] Yu.G. Sadofyev, V.F. Pevtsov, E.M. Dianov, P.A. Trubenko, M.V. Korshkov. 19th NA Conf. on MBE (Tempe, AZ, 2000) p. 42.

[4] H. Tubota. J. Appl. Phys., 1, 259 (1973).

[5] C.B. Norris. J. Appl. Phys., 53, 5171 (1982).

[6] П.С. Киреев, А.Г. Корницкий, В.Н. Мартынов, Ю.В. Платонов, А.В. Ванюков. ФТП, 4, 900 (1970).

[7] M. Godlewsky, M. Kaminska. J. Phys. C: Sol. St. Phys., 13, 6537 (1980).

Редактор Л.В. Шаронова Deep level spectra of ZnTe : Cr2+ epilayers grown by MBE Yu. G. Sadofyev, M.V. Korshkov P.N. Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences, 117924 Moscow, Russia State Radio-Engineering Academy, 391000 Ryazan, Russia

Abstract

ZnTe : Cr2+ epilayers grown by molecular-beam epitaxy and doped both from elemental chromium and CrI3 compound source have been stadied by deep level current transient spectroscopy (DLCTS). The center with the activation energy of (1.09 ± 0.03) eV that was brought about by a Cr2+-Cr+ transition under the exitation by electric field has been revealed. The cromium doping from CrI3 source leads to disappearance of some point defects typical for ZnTe thin films, the contamination level of grown epilayers with iodine being rather high.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.




© 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.