WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1 Состояния собственных дефектов в монокристаллических пленках PbTe, выращенных модулированной лазерным излучением эпитаксией © С.В. Пляцко Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 5 марта 1997 г. Принята к печати 15 мая 1997 г.) Исследованы электрофизические свойства слоев PbTe/KCl(KBr), выращенных методом модулированной ларезным ИК излучением эпитаксии, в области различных значений технологических параметров: плотности, мощности W лазерного излучения на мишени и температуры Ts подложки. Установелно, что температурная зависимость постоянной Холла RH(T ) определяется донорными уровнями, один из которых находится в зоне проводнимости (Ed1), а второй Ed2 — в запрещенной зоне. Плотность состояний на уровнях и их энергетическое положение зависят от условий роста.

Проблема исследования собственных дефектов в PbTe инверсия типа проводимости n p, а затем обратная как в объемных монокристаллах, так и пленках не инверсия p n, когда температура эпитаксии достигает является новой, но тем не менее не достаточно хорошо Ts = 330C. Дальнейшее увеличение температуры Ts изученной. К тому же в пленках решение этой проблемы приводит к возрастанию концентрации электронов с усложняется присутствием дислокации различной при- тенденцией к насыщению при Ts > 400C. Поскольку роды и деформационных полей, которые могут приво- легирование пленок в этом случае не проводилось, элекдить к появлению новых энергетических состояний и к троактивные дефекты различной природы, возникающие смещению уже известных под действием механических в слоях, явлются собственными и зависят, как показынапряжений, особенно в случае гетероэпитаксиально- вают экспериментальные исследования, от температуры го выращивания. Совершенно ясно, что многообразие роста Ts и плотности мощности лазерного излучения W.

применяемых методов эпитаксиального выращивания, На рис. 1 представлены температурные зависимости привнесет в эту проблему такое же многообразие осо- постоянной Холла для пленок PbTe/KCl(KBr), выращенбенностей в поведение собственных точечных дефектов ных в различных технологических условиях. Видно, что и их энергетических состояний. эти зависимости существенно различаются между собой, В представленной работе пленки PbTe/KCl(KBr) выра- а также отличаются от аналогичных зависимостей, для щивались метдом модулированной лазерным излучением образцов выращенных традиционными методами.

эпитаксией (МЛИЭ). Мишень распылялась инфракрас- В области низких температур эпитаксии ным ИК лазерным излучением, которое прерывалось 80 Ts 270C при постоянной плотности мощности механическим модулятором. Время действия лазерного (W = 8.5 · 104 Вт/см2) лазерного излучения на мишени излучения составляло imp = 3 · 10-3 с с частотой повто- в зависимости RH(T ) присутствует активационный рения f = 20 Гц. Излучение вводилось с помощью опти- участок, связанный с ионизацией локлаьных состояний ческой системы и системы фокусировки в вакуумную в зоне проводимости (рис. 1, кривая 1). Повышение камеру с остаточным давлением паров P = 1 · 10-6 Тор. температуры эпитаксии изменяет характер зависимости В МЛИЭ заложена возможность контроля толщины RH(T ) (кривые 2, 3, 5). В промежуточной области выращиваемых слоев, температуры подложек, контроля температур (270 Ts 330C), когда наблюдается и управления плотностью мощности лазерного излуче- p-тип проводимости, с изменением концентрации дырок ния. В качестве источника-мишени использовался мо- наблюдается обычное для p-PbTe смещение температуры нокристаллический PbTe стехиометрического состава с инверсии типа проводимости от Tinv = 120 до 330 K а в концентрацией свободных дырок p77 =(3-5)·1018 см-3 остальном зависимость RH(T ) является обычной (рис. 1, и подвижностью µ77 = 1.2·104 см2/В·с. Источник в про- кривая 4).

цессе эпитаксии совершал вращательно-поступательное В области низких температур подложки Ts концендвижение, что предотвращало кратерообразование и из- трация донорных центров, уровень которых находится в менение диаграммы разлета распыляемого материала. зоне проводимости, возрастает с увеличением плотности Из проведенного анализа зависимости электрофизиче- мощности на мишени и при W = 105 Вт/см2 достигает ских свойств от технологических условий выращивания Nd1 = 1 · 1019 см-3.

методом МЛИЭ PbTe/KCl ясно, что они определяются Наряду с изменением концентрации Nd1 повышение различного рода электроактивными дефектами, которые температуры эпитаксии вызывает появление и рост конвозникают в пленках в процессе роста. В зависимости от центрации донорных центров Nd2, уровень которых при температуры роста и при постоянной плотности мощно- 0 K находится в запрещенной зоне. Следует отметить, сти лазерного излучения на мишени W = 8.5·104 Вт/см2 что донорные центры Nd2 присутствуют и при низких в области температур подложки Ts = 270Cнаблюдается температурах выращивания (рис. 1, кривая 5), однако их 48 С.В. Пляцко и dE2/dT =(3.5 ±0.7) · 10-4T соответственно. Энергетическое положение уровня E1 зависит также от плотности состояний на уровне (рис. 3), которая в свою очередь возрастает с увеличением плотности мощности лазерного излучения на мишени. Такая зависимость положения уровня от плотности состояний на нем для соединений AIVBVI является необычной. Теллурид свинца характеризуется большим значением диэлектрической проницаемости ( 400), поэтому волновые функции дефектных состояний до N = 2ат.% слабо перекрываются, а радиус локализации не может заметно превышать величину одной–двух элементарных ячеек, т. е. волновые функции состояний примесных дефектов локализованы в области порядка 10–15. В случае перекрытия волновых функций будет происходить понижение энергии уровня относительно зоны, отщепленным состоянием которой он является. В нашем случае плотность состояний на уровне значительно ниже 1020см-3, поэтому говорить о перекрытии волновых функций не приходится.

С нашей точки зрения, такое поведение E1 с увеличением плотности мощности лазерного излучения на мишени-источнике связано с тем, что ион свинца, встраиваясь в решетку, занимает междоузлие и тем самым создает локальную деформацию. В случае однородного распределения свинца в решетке возбуждаемые упругие поля будут пропорциональны концентрации точечных дефектов [1,2]. В пленках, полученных при низких температурах эпитаксии, напряжения могут быть значительными в отличие от пленок и кристаллов, выращенных при высоких температурах, когда напряжения практически Рис. 1. Температурная зависимость коэффициента Холла пленок PbTe, выращенных в различных технологических условиях. Точки — эксперимент, пунктирная линия — огибающая экспериментальные точки, сплошные линии — расчет. 1 — n-PbTe/KCl, W = 5.0 · 104Вт/см2, Ts = 150C;

2 — n-PbTe/KCl, W = 8.5 · 104Вт/см2, Ts = 335C;

3 — n-PbTe/KCl, W = 8.5 · 104Вт/см2, Ts = 400C;

4 — n-PbTe/KCl, W = 8.5 · 104Вт/см2, Ts = 300C;

5 — p-PbTe/KBr, W = 3.5 · 104Вт/см2, Ts = 150C.

концентрация не превышает Nd2 1015 см-3, поэтому уровень E2 даже при самых низких концентрациях носителей тока проявляется крайне слабо.

В области температур эпитаксии, незначительно превышающей температуру повторной инверсии типа проводимости p n (Ts 330C) в RH(T ) n-PbTe, вклад в проводимость вносят и E1 и E2 (рис. 1, кривая 2). С ростом Ts плотность состояний на уровне E1 падает, а на уровне E2 растет (рис. 2), что и определяет поведение коэффициента Холла RH(T ).

Анализ экспериментальных данных по эффекту Холла, проведенный в двухуровневой модели, в предположении, что вид волновых функций для обоих уровней является s-типа, дал положение уровня E1 = 0.075 эВ и Рис. 2. Зависимость плотности состояний Nd1 и Nd2 от темпеE2 = -0.055 эВ при T = 0 K. Изменение полоения уровратуры эпитаксии пленок PbTe/KCl при W = 8.5 · 104 Вт/смней E1 и E2 с температурой dE1/dT =(4.5±0.5)·10-4T (кривые 1 и 2 соответственно).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Состояния собственных дефектов в монокристаллических пленках PbTe... ся в основном собственными электрически активными точечными дефектами, концентрация которых и энергетическое положение соответствующих уровней определяются как плотностью мощности лазерного излучения на мишени, так и температурой эпитаксиального роста.

Список литературы [1] S. Prussin. J. Appl. Phys., 32, 1876 (1961).

[2] В.А. Пантелеев, В.А. Муравьев. ФТТ, 19, 682 (1977).

[3] F.F. Sizov, S.V. Plyatsko. S.D. Darchuk. Infr. Phys., 27, (1987).

[4] Ю.С. Громовой, Л.А. Коровина, С.В. Пляцко, Ф.Ф. Сизов, С.Д. Дарчук, С.А. Белоконь. ФТП, 24, 250 (1990).

[5] Yu.S. Gromovoj, S.V. Plyatsko, F.F. Sizov. Mater. Lett., 8, 11-12, Рис. 3. Зависимость энергетического положения уровня E1 от 495 (1989).

плотности состояний Nd1 при 0 K.

Редактор В.В. Чалдышев Electrical properties of PbTe/KCl(KBr) полностью релаксируют и не дают ощутимого вклада в layers grown by an epitaxy modulated электрофизические свойства.

by laser irradiation Увеличение упругой деформации влечет за собой изменение энергетического положения уровней дефектов, S.V. Plyatsko что и подтверждается в эксперименте. Аналогичное Institute of Semiconductor Physics, движение уровня дефектов в объемных монокристалUkrainian Academy of Sciences, лах PbSnTe происходит при облучении кристаллов ИК 252650 Kiev, the Ukraine лазерным излучением, когда изменение концентрации носителей тока происходит за счет перераспределения

Abstract

Electrical properties of PbTe/KCl(KBr) layers grown точечных дефектов в ”холодной” матрице в поле элекby a laser modulated IR irradiation epitaxy and their dependences тромагнитной волны лазерного излучения [3–5]. В этом on technological conditions (the power density of laser beam W, случае также возникают упругие поля, под действием substrate temperature Ts) have been investigated. It is established которых уровень собственных дефектов изменяет свое that the RH(T)-dependences can be explained in the framework of энергетическое положение.

a two-levels model, in which one of the levels Ed1 is in the c-band Относительно зарядового состояния межузельного and the second Ed2 level is in the gap. The level energy position свинца можно заметить, что все предыдущие работы, and the densities of states depend on growth conditions.

касающиеся этого вопроса, не дали конкретного ответа.

Но несмотря на это в литературе устоялось мнение, что свинец в междоузлии находится в однократно заряженном состоянии. Однако эксперименты по исследованию электронного парамагнитного резонанса в области гелиевых температур не подтвердили это предположение.

Поэтому, с нашей точки зрения, свинец, как марганец и европий, и в узле, и в междоузлии находится в двухкратно заряженном состоянии [5], и поэтому в электронном парамагнитном резонансе не проявляется.

Происхождение же уровня в запрещенной зоне, повидимому, обусловлено вакансиями Te. Однако следует отметить, что концентрация вакансий будет определяться не только температурой конденсации, но и особенностями выращивания пленок в условиях, далеких от равновесных, которые реализуются при использовании для распыления полупроводинковых мишенейисточников лазерного излучения.

Таким образом, электрофизические свойства слоев, выращенных на диэлектрических подложках при использовании для распыления материала-источника PbTe модулированного ИК лазерного излучения, определяют4 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.