WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 11 Получение и оптоэлектронные явления в монокристаллах ZnTe и барьерах Шоттки на их основе © Г.А. Ильчук, В.И. Иванов-Омский+, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь+, Р.Н. Бекимбетов+, Н.А. Украинец Государственный университет ”Львивська политехника”, 79013 Львов, Украина + Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Государственный технический университет, 135251 Санкт-Петербург, Россия (Получена 28 апреля 2000 г. Принята к печати 11 мая 2000 г.) Методом газофазных реакций с применением в качестве газа — транспортера различных галогенсодержащих агентов (NH4Cl, NH4Br и NH4I) выращены монокристаллы ZnTe n- и p-типа проводимости. Исследованы люминесцентные свойства кристаллов в зависимости от природы транспортера. Изготовлены барьеры Шоттки In/ZnTe. Исследован фотовольтаический эффект в полученных структурах для случая естественного и линейно поляризованного излучения. Установлено, что наведенный фотоплеохроизм барьеров Шоттки контролируется углом падения излучения и сохраняется постоянным в области высокой фоточувствительности.

Сделано заключение, что полученные барьеры могут применяться в качестве широкополосных фотосенсоров линейно поляризованного излучения.

Нарастающий в последние годы интерес к соедине- лический рост. Теоретическим моделированием процесса ниям AIIBVI и твердым растворам на их основе связан массопереноса и сопоставлением результатов расчета с привлечением этих материалов к созданию квантово- с измерениями количеств переносимого вещества устаразмерных структур и полупроводниковых лазеров [1]. новлен его диффузионный характер [6]. Количество Теллурид цинка (ZnTe) принадлежит к числу относи- загружаемого в ампулу ZnTe определялось из расчета тельно мало изученных прямозонных полупроводнико- 60 кг/м3. В результате в условиях свободного роста получены монокристаллы ZnTe с естественной зеркальвых соединений AIIBVI и вызывает интерес с точки зрения расширения элементной базы современной фото- ной огранкой и структурой сфалерита, как и в случае кристаллизации ZnTe из расплава [2]. Параметр крии люминесцентной электроники [2,3]. В подавляющем числе исследований, выполненных на этом перспектив- сталлической решетки при этом соответствовал известному для ZnTe из литературы [3,7]. При длительности ном материале, использованы кристаллы, выращенные из близких к стехиометрии ZnTe расплавов [2]. В пред- процесса роста 100 ч максимальные размеры монокристаллов достигали 2 4 4мм3. Как показали ставленной работе для выращивания монокристаллов измерения знака термоэдс, при использовании трансZnTe впервые привлечен газофазный процесс, в котопортирующих агентов NH4I и NH4Br все полученные ром перенос вещества осуществляется соединениями, образцы ZnTe имели электронный тип проводимости, содержащими галоген, с общей формулой NH4X, где тогда как в случае использования NH4Cl встречались X = Cl, Br и I. Это в принципе открывает новые возкристаллы n- и p-типа проводимости (табл. 1). Следоможности однородного легирования ZnTe галогенами [4].

вательно, можно полагать, что при использовании NH4I В статье рассмотрены результаты первых исследований и NH4Br выбранные условия кристаллизации обеспефизических свойств однородных монокристаллов ZnTe и чивают преимущественное образование донорных деповерхностно-барьерных структур на их основе.

фектов, тогда как в случае NH4Cl соотношение доноров и акцепторов в ZnTe может изменяться в ту или Образцы и методы измерений иную сторону, что задается конкретными условиями процесса.

Монокристаллы ZnTe выращивались методом хими- На полученных монокристаллах ZnTe исследоваческих транспортных реакций, в которых в качестве лись спектральные зависимости интенсивности стагазов — транспортеров использовались агенты NH4Cl, ционарной фотолюминесценции IPL при температуре NH4Br и NH4I. Ростовым экспериментам предшествовал T 77 K. Фотолюминесценция возбуждалась сфокуситеоретический анализ равновесного состава газовой фа- рованным излучением гелий-кадмиевого лазера (длина зы систем ZnTe–NH4X (X = Cl, Br, I) [5] в интервале волны exc 0.44 мкм, мощность P 10 мВт) и температур 1000–1400 K и общих давлений от 1.01 · 103 наблюдалась с той же стороны образца, на которую до 1.01 · 105 Па, который позволил рассчитать тем- падало возбуждающее излучение.

пературные зависимости парциальных давлений основ- На выращенных монокристаллах ZnTe нанесением ных компонент газовой среды и выбрать температурно- на естественную зеркальную поверхность тонких слоев концентрационный интервал, обеспечивающий кристал- индия ( 1мкм) создавались барьеры Шоттки (БШ).

1328 Г.А. Ильчук, В.И. Иванов-Омский, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь, Р.Н. Бекимбетов, Н.А. Украинец Таблица 1. Люминесцентные характеристики монокристал- даемых полос фотолюминесценции на их полувысоте лов ZnTe при T = 77 K 1/2 = 100-110 мэВ. В целом установленная близость m значений PL и 1/2 для кристаллов, получаемых с m Газ — № Тип прово- PL, 1/2, IPL, помощью разных транспорирующих агентов (NH4I и носитель образца димости эВ мэВ отн.ед.

NH4Br), может свидетельствовать о том, что энергеNH4Cl A62 n 10-тический спектр доминирующих дефектов решетки в A27 p 10-полученных кристаллах оказывается практически нечувA30 n 10-ствительным к замене транспортера. В то же время NH4Br A53-1 n 2.21 110 0.обнаруженная зависимость интенсивности фотолюмиA53-2 n 2.21 105 0.несценции от природы газа — транспортера может быть NH4I A14-1 n 2.21 100 1.связана с изменениями в концентрации образующихся A14-2 n 2.21 97 0.дефектов решетки, которые контролируют безызлучаA67 n 2.21 98 0.тельный канал рекомбинации в получаемых кристаллах ZnTe.

Типичные стационарные вольт-амперные характеристики I(U) для таких структур приведены на рис. 2, Какой-либо термообработки вещества при этом не треа некоторые параметры даны в табл. 2. Видно, что бовалось. Последнее очень важно при изучении свойств во всех структурах, созданных на кристаллах, которые соединений переменного состава, поскольку при создавыращивались с использованием различных транспортении барьеров Шоттки In/ZnTe практически отсутствуют ров, четко проявился эффект выпрямления. Пропускное причины изменения состава кристаллов ZnTe после их направление реализуется при отрицательной полярности выращивания. Тонкие слои In наносились методом тервнешнего напряжения смещения на подложке n-ZnTe.

мического распыления в вакууме.

Прямая ветвь вольт-амперных характеристик барьеров Результаты эксперимента и их обсуждение В случае монокристаллов ZnTe, выращенных с использованием NH4I и NH4Br, зона фотолюминесцентного свечения была однородной и имела ярко-оранжевый цвет.

Если кристаллы ZnTe выращивались с использованием NH4Cl, то интенсивность фотолюминесценции падала на несколько порядков. В табл. 1 сравниваются значения интенсивности фотолюминесценции IPL типичных монокристаллов ZnTe в идентичных условиях возбуждения.

Видно, что наиболее яркая фотолюминесценция характерна для кристаллов, выращенных с использованием NH4I. При переходе к NH4Br она снижается в 4–5 раз и на 2–3 порядка падает в случае использования NH4Cl (относительно образцов ZnTe, выращенных в присутствии NH4I).

Типичные спектральные зависимости фотолюминесценции кристаллов ZnTe приведены на рис. 1. Из рисунка видно, что спектры люминесценции кристаллов, полученных при использовании разных транспортирующих агентов, оказываются близкими. Они включают одну достаточно широкую полосу с максимумом при энергии m фотона PL = 2.21 эВ при T = 77 K.

m С учетом того что значение PL оказалось меньше ширины запрещенной зоны ZnTe (Eg 2.36 эВ при T 77 K [2]), есть основания связывать наблюдаемую фотолюминесценцию с излучательными переходами на уровни доминирующих дефектов решетки, которые удаРис. 1. Спектральные зависимости интенсивности стациолены на 0.15 эВ от одной из свободных зон. В пользу нарной фотолюминесценции при T = 77 K монокристаллов правомочности такого предположения свидетельствуют ZnTe, полученных методом химических транспортных реакций.

и достаточно высокие значения полной ширины наблю- Транспортирующий агент: 1 —NH4I, 2 —NH4Br.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Получение и оптоэлектронные явления в монокристаллах ZnTe и барьерах Шоттки на их основе Таблица 2. Фотоэлектрические свойства поверхностно-барьерных структур In/ZnTe при T = 300 K m m Газ — носитель №образца Uc0, В Rres, Ом ph, эВ 1/2, мэВ S, эВ-1 SU, В PI,% ( 80) NH4Cl A62 0.2 4.2 · 104 2.34 0.40 23 0.2 NH4Br A53-1 0.8 1.5 · 106 2.34 0.58 46 1 NH4I A14-2 0.4 1.7 · 106 2.27 0.66 38 10 Шоттки подчиняется соотношению диапазоне 2.10-2.25 эВи описывается большой крутизной S = (ln SU)/( ) 23-46 эВ-1, что соответU = Uc0 + RresI, (1) ствует прямым межзонным переходам в электронном спектре ZnTe [2]. Энергетическое положение максимуm где остаточное сопротивление Rres 104-106 Ом, а ма фоточувствительности ph практически совпадает напряжение отсечки Uc0 0.2-0.8В в разных струкс шириной запрещенной зоны теллурида цинка [2,7] турах (табл. 2). Следует отметить, что воспроизводимое только в барьерах на основе кристаллов, выращенных с снижение Rres и Uc0 происходит при переходе к использоприменением NH4I (рис. 3, кривая 1), тогда как в случае m ванию в барьерах Шоттки подложек ZnTe, выращенных транспортеров NH4Br и NH4Cl значение ph нескольn в присутствии NH4Cl. С ростом напряжения обратного ко смещается в коротковолновую область, ph > Eg смещения ток в полученных барьерах увеличивается по (рис. 3, кривые 2 и 3). Наблюдаемый коротковолновый m степенному закону I U, где 0.8-1.0 для различспад SU при > ph может указывать на то, что полуных структур, что может указывать на несовершенства в области их периферии. Наиболее низкие обратные токи ( 2 · 10-8 A при U 2В) обнаружены в БШ на кристаллах, выращенных с помощью NH4Br. В целом обнаруженная корреляция электрических свойств барьеров Шоттки In/ZnTe с природой транспортера показывает возможности управления ансамблем электрически активных дефектов решетки в кристаллах ZnTe в процессе их роста из газовой фазы.

При воздействии неполяризованным излучением полученные барьеры Шоттки In/ZnTe обнаруживают выраженный фотовольтаический эффект, который обычно имеет большую величину при поступлении излучения в их активную область со стороны барьерного контакта.

Знак фотовольтаического эффекта оказался независимым ни от энергии падающих фотонов, ни от места локализации светового зонда (диаметр 0.2мм) на поверхности барьеров Шоттки In/ZnTe и соответствовал направлению выпрямления в таких структурах. При освещении несфокусированным излучением от лампы накаливания ( 80 Вт) в лучших БШ фотоэдс достигала значений 30-40 мВ, а фототок короткого замыкания 0.2-0.5мкА при T = 300 K. Максимальная вольтовая фоточувствиm тельность составляла SU 10 В/Вт (табл. 2).

Типичные спектральные зависимости вольтовой фоточувствительности SU для барьеров Шоттки на выращенных с помощью разных транспортирующих агентов кристаллах ZnTe для случая освещения структур со стороны барьерного контакта приведены на рис. 3.

Спектральный контур SU в таких барьерах не обнаружил явной чувствительности к природе транспортирующих Рис. 2. Стационарные вольт-амперные характеристики I(U) агентов. Как следует из рис. 3, при освещении поповерхностно-барьерных структур In/n-ZnTe. Транспортируюлученных структур со стороны барьерного контакта, щий агент: 1 — NH4Cl (образец А62), 2 — NH4Br (обраспектры SU — широкополосные и охватывают область зец A53-1), 3 — NH4I (образец A14-2). Пропускное на1-3 эВ. Длинноволновый экспоненциальный край фоправление соответствует отрицательной полярности внешнего точувствительности реализуется в узком спектральном смещения на подложке n-ZnTe.

4 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1330 Г.А. Ильчук, В.И. Иванов-Омский, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь, Р.Н. Бекимбетов, Н.А. Украинец 0.40 эВ при замене транспортирующего агента в ряду NH4I NH4Br NH4Cl. Поэтому нет достаточных оснований коротковолновый спад SU барьеров Шоттки m при ph > Eg и освещении со стороны индиевого контакта всецело приписывать влиянию поверхностной рекомбинации, поскольку все барьеры создавались одинаковым способом, а свойства кристаллов определяются только типом использованного транспортера.

Из рис. 3 также следует, что при замене транспортера в ряду NH4I NH4Br NH4Cl спектральный контур SU сохраняется, но происходит снижение вольтовой фоточувствительности (табл. 2) испектрыSU( ) в результате этого смещаются вниз по оси ординат. Наблюдаемые колебания в величине крутизны S (табл. 2) в этом случае могут быть следствием флуктуации потенциала заряженных дефектов решетки.

В интервале 1–2 эВ спектральные зависимости фоточувствительности барьеров Шоттки, созданных на выращенных с помощью NH4I кристаллах ZnTe, подчиняются закону Фаулера (рис. 4). Оцененное из этих зависимостей значение высоты поверхностного потенциального барьера составляет B = 1.24 эВ при T = 300 K.

При освещении БШ линейно поляризованным излучением поляризационная фоточувствительность возникает во всех структурах только когда угол падения излучения на приемную поверхность () становится отличным от нуля. При условии = 0 спектральные зависимости SU( ) нечувствительны к направлению вектора электрического поля световой волны E и совпадают с рассмотренными для неполяризованного света (рис. 3). При = 0 фототок короткого замыкания (i) БШ начинает проявлять зависимость от азимутального угла между E Рис. 3. Спектральные зависимости вольтовой фоточувствительности структур In/ZnTe при T = 300 K. Транспортирующий агент: 1 — NH4I (образец A14-1), 2 — NH4Br (образец A53-1), 3 —NH4Cl (образец А62). Освещение со стороны барьерного контакта In.

ченные барьеры In/ZnTe еще недостаточно совершенны, и существенным оказывается влияние поверхностной рекомбинации. В случае освещения этих же барьеров со стороны подложки ZnTe резкий коротковолновый спад смещается в длинноволновую область и для пластин с толщинами 0.1-0.2 мм обычно наступает при m ph > 2.1 эВ. Этот спад отражает влияние поглощения излучения в толще ZnTe и поэтому во всех барьерах m локализуется при ph < Eg.

Из табл. 2 также можно видеть, что полная ширина спектров фоточувствительности на их полувысоте 1/2 в случае освещения барьеров In/ZnTe со стороны Рис. 4. Спектральная зависимость SU для структуры In/ZnTe индиевого контакта оказывается достаточно большой в длинноволновой области при T = 300 K. Транспортирующий и обнаруживает тенденцию к уменьшению от 0.66 до агент NH4I (образец A14-2). Освещение со стороны In.

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.