WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 6 УДК 621.315.592 Исследование квантовых ям в системе ZnCdSe/ZnSe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках ZnSe © В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса, П.В. Шапкин, Е.А. Щербаков Физический институт им П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики Российской академии наук, 117942 Москва, Россия (Получена 18 июля 1996 г. Принята к печати 10 сентября 1996 г. ) Квантовые ямы в системе ZnCdSe/ZnSe различной ширины выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках ZnSe (001). Подложки вырезались из объемных кристаллов ZnSe, полученных газотранспортным методом в водороде. Подготовка поверхности подложки осуществлялась коллоиднохимической полировкой с последующим отжигом в атомарном водороде и напылением защитной пленки селена. В ходе эпитаксиального роста контролировалась топография поверхности по картине дифракции отраженных быстрых электронов. Были проведены исследования методом атомно-силовой микроскопии микрорельефа поверхности образцов и катодолюминесценции выращенных квантово-размерных структур при 40 и 300 K. Относительно низкая микрошероховатость поверхности, контрастные вытянутые рефлексы в дифракционной картине и зависимость спектрального положения линии люминесценции квантовой ямы от ее ширины свидетельствует о высоком структурном качестве выращенных структур.

Введение качеству объемного ZnSe, с оптимизацией режимов эпитаксиального роста. В данной работе мы представляем первые результаты по исследованию этих вопросов на Уникальными возможностями обладает лазерная примере эпитаксиальных квантово-размерных структур электронно-лучевая трубка (ЛЭЛТ), которая может ZnCdSe/ZnSe с несколькими квантовыми ямами (КЯ) быть использована при создании телевидения ZnCdSe различной ширины.

высокой четкости и больших дисплеев коллективного пользования [1]. Однако одним из недостатков ЛЭЛТ является относительно высокий порог генерации Эксперимент лазера (лазерного экрана) при комнатной температуре.

Порог генерации может быть существенно понижен, Подложки ZnSe вырезались в виде прямоугольных если в качестве активного слоя лазерного экрана пластин с ориентацией (001) и толщиной 1 2 мм из использовать структуру с многими квантовыми объемной були, выращенной из паровой фазы в запаянямами [2]. Первый положительный эффект был ных кварцевых ампулах методом химического транспордостигнут при использовании периодической квантовота в водороде [9]. Кристаллы отличались отсутствием размерной структуры в системе ZnCdSe/ZnSe, двойниковых прослоек, а плотность дислокаций, оцененвыращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии ная по ямкам травления на плоскости (111) Se, была (МЛЭ) на подложках GaAs [3]. В этой работе при (0.8 1.0) · 105 см-2. Максимальная площадь пластин создании лазерного экрана подложка GaAs удалялась, составляла 50 20 мм2. После резки пластины шлифоа сама структура приклеивалась к хладопроводящей вались и полировались механически с поэтапным уменьсапфировой подложке. Однако клеевой слой деградирует шением размера зерна полирующего порошка до 1 мкм.

под действием электронного пучка и ограничивает Финишную обработку осуществляли путем коллоидносрок службы ЛЭЛТ. Решением проблемы является химического полирования (КХП) с использованием поиспользование ZnSe в качестве подложек для проведения лировальника типа поливел и стабилизированной комроста [2].

позиции модифицированного коллоидного кремнезема, Интерес к гомоэпитаксии ZnSe в последнее время содержащего 20%-й раствор CrO3 [10]. После окончания значительно вырос [4–8], что связано в первую очередь КХП (снимался слой 10 20 мкм) поверхность подс возможностью снизить плотность ростовых дефектов ложки промывалась деионизированной водой и подвери увеличить срок службы синих лазерных диодов. Не- галась специальной химической обработке растворами смотря на первые положительные результаты по со- поверхностно-активных веществ для удаления следов зданию светодиодов и лазерных диодов на подложках SiO2 и ионных примесей. Микрорельеф поверхности, ZnSe [6–8], остается много невысненных моментов, свя- измеренный с помощью атомно-силового микроскопа занных с оптимизацией технологии подготовки подлож- (АСМ), характеризовался среднеквадратичным отклонеки, с требованиями, предъявляемыми к структурному нием, равным 20 25. Однако на этой поверхности 1 642 В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса...

Рис. 1. Схема установки для удаления окислов с поверхности подложки ZnSe. 1 — баллон с H2, 2 — кварцевая ампула, 3 —печь электросопротивления, 4 — УВЧ генератор, 5 —H-плазма, 6 — контейнер с Se, 7 — подложка ZnSe, 8 — кварцевая подставка, 9 — ввод с термопарой, 10 — вакуумная ловушка с жидким азотом, 11 — форвакуумный насос, 12 — вакуумные вентили.

не удавалось получить высококачественную картину ди- и 80, разделенных слоями ZnSe толщиной 300, с фракции отраженных быстрых электронов (ДОБЭ) из-за верхним слоем ZnSe толщиной также 300.

наличия окисного слоя, который невозможно испарить в Исследовалась катодолюминесценция при T = 40 и вакууме даже при нагреве до температуры T = 600C. 300 K и топография поверхности полученных структур.

Спектры катодолюминесценции регистрировались с обДля удаления окисного слоя использовался предварилучаемой поверхности при энергии электронов Ee = 3, тельный отжиг в атомарном водороде при температуре 10 и 30 кэВ, токе Ie = 1 10 мкА и диаметре электронT = 400 450C и давлении 0.1 мм рт.ст. в течение ного пучка de = 0.1 3 мм. Использовался спектрограф 30 мин. Атомарный водород генерировался УВЧ разPGS-2 с дисперсией 7 /мм и фотометрической приставрядом в потоке очищенного H2, пропускаемого через кой с ФЭУ-100. Топограммы были получены с помощью кварцевый реактор. Схема установки показана на рис. 1.

АСМ в режиме контактной моды с разрешением по Для предотвращения интенсивного травления образец оси Z 5. В АСМ использовалися мягкие кантелеверы ZnSe помещался вне водородной плазмы по ходу расс силовой константой 0.5 Н/м и радиусом кривизны на пространения водородного потока от баллона к системе конце острия 500.

откачки. Чтобы избежать окисления поверхности при переносе подложки из отжиговой камеры в установку МЛЭ, после отжига непосредственно в отжиговой камеЭкспериментальные результаты ре на поверхность наносилась защитная пленка селена.

и их обсуждение С этой целью после охлаждения образца ZnSe поток водорода перекрывался, УВЧ разряд выключался и печь На рис. 2 приведены топограммы поверхности подперемещалась в верхнее положение для испарения Se.

ложки ZnSe после коллоидно-химической полировки Пленку селена можно было удалить при нагреве до (рис. 2, a), после отжига в атомарном водороде (рис. 2, b) T = 250C.

и поверхности эпитаксиальной структуры, выращенной Эпитаксиальный рост осуществлялся на установке на этой подложке (рис. 2, c). Как видно из рисунка, ЦНА-18 (Россия) с использование раздельных источмаксимальный перепад рельефа после полировки не ников с чистыми материалами Zn, Se и Cd в качепревышает 70. Отжиг в водороде уменьшает этот стве исходных компонент при температуре подложки перепад до 40. В ходе роста эпитаксиальных пленок 270 300C [11]. Соотношение потоков элементов ме- неоднородность поверхностного слоя возрастает и нахоталла и селена было примерно 1 : 1 с небольшим превы- дится в пределах 70 80. Если подготовку подложки шением селена. Скорость роста составляла около 1 /c.

осуществлять механической полировкой с последующей Качество поверхности в ходе роста контролировалось обработкой в полирующем травителе на основе раствора по дифракции отраженных быстрых электронов. Было CrO3 в концентрированной HCl (такая подготовка часто выращено несколько структур ZnCdSe/ZnSe, состоящих используется при изготовлении лазерных экранов из из буферного слоя ZnSe толщиной 0.2 мкм и нескольких объемного ZnSe), то поверхность (см. рис. 2, d) имеет квантовых ям Zn0.8Cd0.2Se шириной примерно 10, 20, 40 сильно развитый рельеф в плоскости XY с характерным Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование квантовых ям в системе ZnCdSe/ZnSe... Рис. 2. Топограммы поверхности подложки ZnSe после коллоидно-химической полировки до (a) и после (b) отжига в атомарном водороде и поверхности выращенной на этой подложке эпитаксиальной структуры ZnCdSe/ZnSe (c). d — топограмма поверхности химически полированной подложки.

1 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 644 В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса...

Рис. 2 (продолжение).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование квантовых ям в системе ZnCdSe/ZnSe... Рис. 3. Картина дифракции отраженных быстрых электронов до (a, c) и после (b, d) роста эпитаксиальной структуры на подложке ZnSe, отоженной (a, b) и неотожженной (c, d) в атомарном водороде.

отклонением по оси Z около 120. При эпитаксиальном ские дуги, характерные для поликристаллического роста росте на подложках, поверхность которых подготовлена (рис. 3, d). В этом случае не происходит формирование этим методом, характерный размер неоднородностей по квантовых ям, о чем свидетельствуют данные по катодовысоте достигает 200. люминесцентному анализу образцов.

На рис. 3, a, b представлены картины ДОБЭ в напра- Спектры катодолюминесценции четырех различных влении [110] до и после роста эпитаксиальной структу- структур при T = 40 K, Ee = 3 кэВ и примерно ры на подложке, обработанной в атомарном водороде. однаковой плотности тока je = 10-3 А/см2 приведены Достаточно узкие вытянутые и контрастные рефлек- на рис. 4. Спектр структуры 100 (3 КЯ шириной 10, сы свидетельствуют о хорошем качестве поверхности 20 и 40 ) состоит из слабого излучения в области как подложки, так и выращенной структуры. Если не 443 448 нм и широкой полосы с максимумом при проводить отжиг в атомарном водороде, то окисел с 485490 нм, что характерно для экситонного излучения подложки не удается удалить даже при нагреве до 600C (FX) и излучения, связанного с комплексом собственв сверхвысоком вакууме. При этом, как правило, наблю- ного дефекта и примесного атома, предположительно дается дифракционная картина, состоящая из сильного кислорода (O, VZn), в ZnSe [9]. Поэтому наблюдаемое издиффузного фона от оксидной пленки и слабых вытя- лучение мы приписываем буферному и промежуточным нутых рефлексов от приповерхностного слоя подложки слоям ZnSe. При Ee = 3 кэВ глубина проникновения (рис. 3, c). В процессе роста на таких подложках картина электронов (z0) в структуру составляет менее 0.1 мкм дифракции становится более контрастной, однако вместо и вероятность возбуждения подложки ZnSe мала. Таким штриховых рефлексов наблюдаются точечные рефлексы, образом, в спектре этой структуры отсутствуют какиехарактерные для объемного роста, и (или) концентриче- либо признаки образования КЯ. Причиной этому явился Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 646 В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса...

объемный рост, на что указывала картина дифракции электронов.

Спектры других трех структур — 92 (2 КЯ шириной 20 и 80 ), 94 (2 КЯ шириной 20 и 40 ) и 98 (3 КЯ шириной 10, 20 и 40 ) — состоят из ряда линий, которые мы приписываем излучению КЯ. Полуширина на полувысоте линии с максимумом при m = 450 нм (спектр 3, QW-10 — КЯ шириной 10 в образце 98) и линии с максимумом при m = 457 нм (спектры 1, 2, QW-20 — КЯ шириной 20 в образцах 92 и 94) составила примерно 1.5 мэВ, что сравнимо с ширинами линий люминесценции аналогичных КЯ, выращенных на подложках GaAs [12]. Совпадают также спектральные положения этих линий с таковыми в случае роста на GaAs. Это излучение мы приписываем излучению эксиРис. 5. Спектры катодолюминесценции структуры 98 (3 КЯ тонов, свободных или локализованных на флуктуациях шириной 10, 20 и 40 ). T = 40 K. Ee, кэВ: 1 —3, 2 — 10, ширины КЯ. Линии с m = 458 нм для образца 3 — 30. Стрелками отмечены линии излучения КЯ.

(спектр 3, QW-20) и m = 463 нм для образца (спектр 2, QW-40) также можно интерпретировать как излучение локализованных экситонов в КЯ шириной соответственно 20 и 40. Их полуширина несколько Ee: 3, 10 и 30 кэВ. При 10 и 30 кэВ z0 оценивается больше, чем линий, обсуждавшихся выше. Еще болькак 0.25 и 2.5 мкм соответственно [13]. При поверхшую полуширину (примерно 60 мэВ) имеет линия с ностном возбуждении (3кэВ) наряду с излучением КЯ m = 468 нм в образце 98 (спектр 3, QW-40) и линия в спектре присутствует широкая длинноволновая полоса с m = 470 нм в образце 92 (спектр 1, QW-80), что, с m = 555 нм. Эта полоса отсутствует при глубопо-видимому, связано с LO-фононным уширением. Эти ком возбуждении (30 кэВ), когда спектр соответствует линии мы также приписываем излучению КЯ шириной фактически спектру излучения подложки ZnSe. Ее 40 и 80 соответственно, однако считаем, что оно следует приписать излучению через глубокие центры, обусловлено рекомбинацией локализованных раздельно обусловленные дефектами в эпитаксиальных слоях.

электрона и дырки (типа донорно-акцепторного перехоИзлучение КЯ присутствует в спектре излучения и при да). Интересно отметить, что ширина линий излучения комнатной температуре. Однако линии излучения плохо в каждой из представленных структур увеличивается по разрешаются для различных КЯ и их интенсивность мере увеличения ширины КЯ. Причина этой закономер- пока существенно меньше, чем интенсивность линий ности пока не ясна.

излучения аналогичных КЯ, выращенных на подложке На рис. 5 проводится сравнение спектров катодолю- GaAs, имеющих примерно ту же плотность дислокаций минесценции образца 98 для трех различных значений (0.8 · 105 см-2). Поэтому можно предположить, что основной причиной низкой интенсивности излучения КЯ является не структурное несовершенство подложки ZnSe (относительно высокая плотность дислокаций), а более высокое загрязнение неконтролируемой примесью (например, кислородом) и наличие высокой концентрации собственных точечных дефектов (особенно вакансий цинка VZn). Следуя [5], мы предполагаем, что VZn, связанные в комплексы в подложке, в процессе эпитаксиального роста освобождаются из этих комплексов и диффундируют в эпитаксиальный слой, образуя в нем безызлучательные центры рекомбинации. Тем не менее этот вопрос требует проведения дополнительных исследований.

Заключение В работе получены и исследованы квантово-размерные Рис. 4. Спектры катодолюминесценции. Структуры: 1 —структуры Zn0.8Cd0.2Se/ZnSe с одиночными квантовы(2 КЯ шириной 20 и 80 ), 2 —94 (2 КЯ шириной 20 и 40 ), ми ямами, выращенными методом молекулярно-лучевой 3 —98(3 КЯ шириной 10, 20 и 40 ) и 4 — 100 (3 КЯ шириной эпитаксии на бездвойниковых подложках ZnSe(001).

10, 20 и 40 ). T = 40 K и Ee = 3 кэВ.

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.