WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 2 Морфология, двойникование и фотолюминесценция кристаллов ZnTe, выращенных методом химического синтеза компонентов из паровой фазы © Ю.В. Клевков, В.П. Мартовицкий, В.С. Багаев¶, В.С. Кривобок Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 119991 Москва, Россия (Получена 27 апреля 2005 г. Принята к печати 18 мая 2005 г.) Исследованы особенности роста, дефектная структура и фотолюминесценция кристаллитов ZnTe, полученных на стенках кристаллизатора при температуре 650C в режиме быстрого роста из пересыщенных паров исходных компонентов. Каждый отдельный кристаллит размером до 10 мм имеет общую ось [011], вокруг которой сдвойниковано несколько индивидов. Совершенные фрагменты отдельных индивидов сложены одной системой плоских макрослоев (110) толщиной в несколько десятков микрометров каждый. Монокристаллическая пластина толщиной 0.8 мм, содержащая на одной стороне слои роста (110), пересекается системой перпендикулярных к ростовой поверхности двойниковых границ (111) с понижением числа границ на внешней ростовой поверхности. Спектры фотолюминесценции подтверждают структурное совершенство полученных кристаллов.

PACS: 61.66.Fn, 61.72.Mm, 78.55.Et 1. Введение При дальнейшем понижении ростовой температуры достижение приемлемых скоростей роста возможно Применение широкозонных полупроводников AIIBVI только при переходе к неравновесным условиям криво многом ограничено сложностями получения низко- сталлизации. Таким образом в газодинамическом потоке омных образцов p- и n-типа проводимости из-за эффек- стехиометрического состава CdTe при 650C были пота самокомпенсации и неконтролируемого вхождения лучены текстурированные вдоль [111] поликристаллы со средним размером зерен 1–2 мм с высокой плотностью примесей в кристаллическую решетку. ZnTe с шириной двойников, границы между которыми перпендикулярны запрещенной зоны при комнатной температуре 2.286 эВ является перспективным материалом для оптоэлектрон- направлению роста зерен [7]. Содержание основных ных приборов, работающих в зеленой области спек- химических примесей и собственных точечных дефектов в этих образцах и образцах ZnTe [8] было на тра. Однако из-за низкой энергии образования дефекта 2 порядка меньшее по сравнению с монокристаллами, упаковки присутствие в активной области двойников и полученными из паровой фазы при 900-1050C [9].

дефектов упаковки приводит к деградации приборов [1].

При повышении скорости кристаллизации из расплаПоэтому очевидна актуальность изучения особенностей ва (30-50 мкм/мин) и последующем отжиге удаетформирования дефектной структуры и получения высося понизить степень компенсации и получить низкокочистых кристаллов ZnTe с низкой концентрацией как омные кристаллы p-ZnTe с плотностью дислокаций протяженных, так и точечных дефектов.

(2-4) · 102 см-2 даже в присутствии большой плотности Радикальным методом понижения концентрации преципитатов [10].

неконтролируемых примесей, а также выделений Te в Другим фактором, влияющим на концентрацию и расматрице ZnTe из-за ретроградной растворимости теллупределение примесей в кристаллах, является механизм ра является понижение температуры роста монокристалроста. В классической работе Г.Г. Леммлейна по сектолов. Поэтому кристаллы ZnTe, полученные пересублириальному строению кристаллов [11] было показано, что мацией из паровой фазы при 900-1050C [2,3], имеют при медленном росте (тангенциальный механизм) для намного лучшие характеристики в отношении примесей каждой пирамиды роста характерны свои особенности и выделений второй фазы по сравнению с такими же вхождения и концентрации примесей. Низкие темперакристаллами, полученными из раствора–расплава при туры роста и высокие пересыщения способствуют петемпературах 1250-1300C [4]. Однако в кристаллах, реходу от атомно-гладкого тангенциального механизма полученных из паровой фазы, наблюдаются двойники роста к атомно-шероховатому нормальному механизму и дефекты упаковки, которые имеют в этом материале роста [12]. При таком быстром росте примеси оттесняочень низкую энергию образования [5]. В определенных ются от участков наиболее активного роста, в результате режимах при росте из паровой фазы все-таки удается чего в кристаллах наблюдаются характерные структурподавить зарождение двойников [6], но в таких кристалные особенности либо с волокнистым строением [13], лах наблюдаются субзеренные границы и преципитаты либо состоящие из макрослоев, не обязательно паралтеллура.

лельных габитусной поверхности [14]. Быстрая кристал¶ E-mail: bagaev@lebedev.ru лизация из паровой фазы существенно облегчается в 154 Ю.В. Клевков, В.П. Мартовицкий, В.С. Багаев, В.С. Кривобок Рис. 1. Рост кристалла ZT05 плоскими макрослоями (110) с шероховатыми торцами, которые распространяются от направления максимальной скорости роста кристаллита [011]. a — схематическое изображение кристаллита, показан контур вырезанного образца. b — микрофотография ростовой поверхности: видны следы выходов двух двойниковых границ (111), содержащих общее направление роста [011] кристаллита.

присутствии небольших количеств примеси в жидком прозрачные наиболее совершенные кристаллиты, полуслое, приводящей к росту по механизму пар–жидкость– ченные в процессе ZT05, с общей осью [011], совпадаюкристалл [15,16]. Впоследствии было установлено, что щей с направлением максимальной скорости роста.

для нормального механизма роста вполне достаточно Структурные свойства изучались на рентгеновском наличие квазижидкого слоя в несколько атомных слоев, дифрактометре ДРОН-2.0 с графитовым монохромагасящего кинетическую энергию частиц, прибывающих тором и дополнительной узкой щелью, установлениз газовой фазы к ростовой поверхности [17,18]. При ной непосредственно перед исследуемым образцом для быстром росте кристаллов ZnTe из пересыщенных паров уменьшения расходимости рентгеновского пучка. Выисходных компонентов Zn и Te такую роль может сота щели на счетчике импульсов была уменьшена выполнять жидкий или квазижидкий слой теллура на до 4 мм для исключения влияния формы образца на фронте конденсации при нарушении стехиометричноинтенсивности записываемых рефлексов.

сти паровой среды относительно T -Pmin (температура– Измерения спектров фотолюминесценции (ФЛ) проминимальное давление).

водились в парах He в диапазоне температур от В настоящей работе исследованы особенности дефектдо 40 K. Оптическое возбуждение осуществлялось излуной структуры и фотолюминесценции нелегированных чением аргонового и гелий-кадмиевого лазеров с энергикристаллитов ZnTe, синтезированных быстрым ростом ями фотонов (длинами волн) 2.41 эВ (5145 ) и 2.81 эВ из пересыщенных паров исходных компонентов при (4416 ) соответственно. Размер пятна возбуждения был температурах 600-650C.

100 мкм. Спектр анализировался двойным монохроматором ДФС-24 с разрешением не хуже 0.1 мэВ. Сигнал с фотоумножителя регистрировался с помощью метода 2. Экспериментальная часть счета фотонов.

При быстром росте из пересыщенных паров исход- Предварительные структурные исследования показаных компонентов на стенках кристаллизатора вырастали ли, что в отличие от кристаллов, полученных из паров друзы кристаллитов с размерами отдельных индивидов стехиометрического состава, вырастают кристаллиты, до 5–10 мм, на большинстве из которых были хорошо удлиненные вдоль одного из направлений [011], и они видны слои роста. Для исследований были отобраны имеют на боковых поверхностях плоские грани {110}.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Морфология, двойникование и фотолюминесценция кристаллов ZnTe, выращенных методом... Морфологические исследования в оптическом и элек- роста [011] на угол 70.52, что в сумме практически тронном микроскопах показали, что рост кристаллов соответствует полному обороту вокруг этой оси. Интепроисходит гладкими макрослоями {110} толщиной в ресно отметить, что на исследуемой друзе нами было обнаружено несколько кристаллитов с пятерной симметдесятки микрометров, боковые поверхности которых имеют шероховатую границу, характерную для нор- рией. Иногда один из этих пяти двойниковых индивидов имеет преимущественное развитие и составляет почти мального роста (рис. 1). Каждый отдельный кристаллит состоит из нескольких двойников, границы между кото- половину всей массы кристаллита. Именно такой индивид был отобран нами для дальнейших исследований.

рыми содержат общую ось роста [011]. Такое строение Он был тщательно отделен от остальной массы кривстречается в циклических двойниках природного алмасталлита путем сошлифовывания с дефектной стороны за и синтетического кремния при перекристаллизации (без затрагивания внешней ростовой поверхности) до последнего из газовой фазы [19], когда при равном разобразования визуально однородной прозрачной пластивитии всех двойниковых индивидов образуется имитация ны толщиной 0.8 мм с размерами 6 4 мм. Зарисовка пятерной оси кристаллита, поскольку каждый индивид кристаллита с контуром вырезанного из него образца повернут относительно соседнего вокруг общей оси и микрофотография фрагмента ростовой поверхности приведены на рис. 1.

Для кристаллов ZnTe, полученных испарением предварительно синтезированного соединения состава, соответствующего Pmin, в газодинамическом потоке стехиометрических паров, характерно присутствие полисинтетических двойников, границы которых при росте слоями (111) расположены параллельно ростовой поверхности [7]. Наши предварительные структурные исследования сразу же показали, что в исследуемом образце число наблюдаемых рефлексов превышает число рефлексов в монокристалле. Поэтому необходимо было определить, сколько двойников присутствует в исходной пластине и найти общие плоскости двойникования для них. Поскольку двойникование в структуре сфалерита происходит по плоскостям {111}, две из них образуют с ростовой поверхностью (110) угол 90, а две другие — угол 35.26, т. е. в отличие от роста слоями (111) при быстром росте макрослоями (110) не существует одной выделенной системы двойникования.

Для идентификации возможных двойниковых соотношений нами были построены фрагменты сеток Болдырева с плоскостью двойникования, перпендикулярной ростовой поверхности (110) (верхняя сетка на рис. 2), и с плоскостью двойникования, образующей угол 35.с ростовой поверхностью (нижняя сетка на рис. 2).

Эти сетки применяются для сравнения возможных рефлексов для каждого случая двойникования с реально наблюдаемыми в геометрии на отражение при использовании излучения CuK. На них нанесены концентрические окружности с интервалом разориентации в 10 от нормали к поверхности образца, а угловое расстояние между ближайшими радиальными прямыми равно 30.

Для получения любого желаемого отражения кристалл необходимо сначала повернуть вокруг оси [110] до выхода искомой нормали на горизонтальную линию слева от центра сетки, а затем повернуть кристалл вокруг вертикальной оси на угол (B + ), где — угол разориентации между нормалью к отражающей плоскости и направлением [110]. Очевидно, что в геометрии на отражение угол должен быть меньше Рис. 2. Фрагменты сеток Болдырева для двойников ZnTe с величины брэгговского угла B, поэтому и приведены общей плоскостью (111), перпендикулярной ростовой плоско только фрагменты сеток Болдырева, на которых указасти (110) (вверху) и общей плоскостью (111), расположенной под углом 35.26 к (110) (внизу). ны выходы нормалей к таким плоскостям, дифракция Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 156 Ю.В. Клевков, В.П. Мартовицкий, В.С. Багаев, В.С. Кривобок от которых может быть реально зафиксирована при травлении нами очень редко отмечались ямки травления использовании излучения CuK. На обоих фрагментах на двойниковых границах. На кривой качания (531) сеток Болдырева черные кружки представляют выходы основного индивида наблюдается небольшой дополнинормалей основного индивида. Для двойников, граница тельный пик от блока, разориентированного на 0.1 и между которыми перпендикулярна ростовой поверхно- находящегося на периферии образца. После поворота обсти (110), совпадают направления [110] / [110], тогда как разца при переходе к следующему рефлексу он исчезает.

для двойниковой плоскости, образующей угол в 35.26 Таким образом, в исследуемом образце присутствует с ростовой поверхностью (110), совпадают направле- одна система двойниковых плоскостей, перпендикулярния [110] / [114]. ная к слоям роста (110), которая содержит направление При наличии двойников по последнему закону двой- максимальной скорости роста [011] всего кристаллита.

никования для сдвойникованного индивида должны на- Хорошо известно, что при медленном росте на морблюдаться рефлексы (115) и (113), которые образуют фологию кристаллов существенное влияние оказывают с поверхностью образца углы 3.68 и 5.77 соответ- винтовые дислокации и двойники [16]. В природных ственно. Однако таких рефлексов нами не наблюдалось, алмазах тангенциального роста с единственной двойничто свидетельствует об отсутствии двойников по плоско- ковой плоскостью наблюдается уплощение кристаллов стям {111}, наклоненных под 35.26 к слоямроста (110). вдоль плоскости двойникования [21]. При быстром росте Дифракционные картины для двух других плоско- двойниковые границы практически не оказывают влистей двойникования, расположенных перпендикулярно яния на морфологию, при этом двойниковые границы к ростовой поверхности, примерно одинаковы, за ис- перестают быть плоскими и отражают особенности ключением того, что при двойниковании по плоскости волокнистого роста прилежащих индивидов [22]. В изу (111) рефлексы сдвойникованного индивида повернуты ченном в настоящей работе образце выходы двойнивокруг [110] на 70.52 по часовой стрелке, а при двойни- ков никак не отражаются на морфологии поверхностей ковании по плоскости (111) — на такой же угол против макрослоев (110), а границы двойников не являются часовой стрелки. При этом для обоих случаев двой- плоскими (рис. 4, a, b). При этом замечена еще одна никования совпадают рефлексы (333)–(511) и (151)– особенность: на внешней поверхности образца число (333). Поэтому за начало анализа принята пара (333)– двойниковых границ меньше, чем на противоположной (511), относительно которой определялось направление стороне, прилегающей к общей оси [011] кристаллита.

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.