WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 2 Инверсия типа проводимости в монокристаллах ZnSe, полученных методом свободного роста ¶ © Ю.Ф. Ваксман, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов, П.В. Шапкин Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова 65026 Одесса, Украина Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 25 апреля 2002 г. Принята к печати 17 июня 2002 г.) Исследованы монокристаллы ZnSe : In и (ZnSe : In) : Zn, полученые методом свободного роста. Инверсия типа проводимости достигнута путем отжига кристаллов в атмосфере насыщенных паров селена. Впервые достигнута дырочная проводимость в кристаллах (ZnSe : In) : Zn, исходно имевших высокую электронную проводимость (3–5Ом-1 · см-1). Установлена природа донорных и акцепторных центров, ответственных за проводимость кристаллов.

1. Введение 2. Методика эксперимента Исследуемые монокристаллы были получены методом Селенид цинка является одним из наиболее перспексвободного роста на ориентированной подложке монотивных материалов для создания на его основе инжеккристаллического ZnSe. Парофазное легирование криционных электролюминесцентных структур и лазеров, сталлов индием осуществлялось в процессе их выращиизлучающих в сине-голубой области спектра. В связи вания. Подробное описание методики выращивания крис этим особое значение приобретает проблема получесталлов приведено в [2]. Концентрация индия в иссления объемных кристаллов с высокой электронной проводуемых кристаллах определялась атомно-эмиссионным димостью и осуществления инверсии типа проводимости методом и варьировалась от 1016 до 1019 см-3.

в ограниченном слое n-ZnSe.

Отжиг кристаллов в парах селена осуществлялся Нелегированные кристаллы ZnSe имеют высокое в эвакуированных кварцевых ампулах при температуудельное сопротивление ( 1010 Ом·см). Понижение ре 1120 K в течение 0.5–20 ч. В качестве контрольных сопротивления кристаллов обычно достигается путем их использовались образцы, отожженные в вакууме или отжига в расплаве высокочистого цинка или цинка и парах цинка при аналогичных условиях.

алюминия. Удельное сопротивление исследуемых нами Электрические контакты к кристаллам n-ZnSe нанообразцов ZnSe : Zn обычно не превышало = 40 Ом · см.

сились путем вплавления индия. Контакты к образцам Легирование алюминием приводит к понижению удельp-ZnSe формировались катодным напылением платины.

ного сопротивления до = 0.1Ом · см-1. Вместе с Омичность контактов контролировалась измерениями тем в кристаллах ZnSe : Al наблюдается разгорание савольт-амперных характеристик. Тип проводимости опремоактивированной длинноволновой люминесценции, что делялся по знаку термоэдс. Удельное сопротивление снижает квантовый выход сине-голубого свечения. Ранее измерялось методом Ван-дер-Пау.

нами показано [1], что кристаллы ZnSe : In, полученные методом свободного роста, после отжига в расплаве цинка обладают низким удельным сопротивлением 3. Электропроводность ( = 0.2-0.3Ом · см), а эффективность в них краевого кристаллов n-ZnSe излучения выше по сравнению с длинноволновым самоактивированным излучением. Именно такие кристаллы Исследованы температурные зависимости темновой представляются нам перспективными для формирования проводимости кристаллов ZnSe и ZnSe : In. Установлена их основе светоизлучающих структур.

но, что электропроводность нелегированных кристаллов В связи с этим в настоящей работе представлены n-ZnSe контролируется донорами с энергией активации результаты исследований электропроводности монокри- Ea = 0.66 эВ. Донорам с такой энергией активации сталлов ZnSe, ZnSe : In и (ZnSe : In) : Zn, отожженных в соответствуют межузельные атомы цинка [3]. Кристаллы насыщенных парах селена. Впервые показана возмож- n-ZnSe : In характеризовались двумя значениями энергии ность инверсии типа проводимости в кристаллах селени- активации доноров: Ea = 0.03 и 0.39 эВ. Первое из них да цинка, обладающих высокой электронной проводимо- соответствует известным ранее донорным центрам In+.

Zn стью. Цель работы — выяснение состава собственных и Доноры с энергией активации 0.39 эВ не обнаружены в примесных дефектов, обусловливающих инверсию типа нелегированных кристаллах. Считаем, что они обусловпроводимости в исследуемых кристаллах. лены межузельным атомами индия In3+. Центры In3+ i i в кристаллах ZnSe, легированных индием, обнаружены ¶ E-mail: vaksman_yu@farlep.net впервые. Очевидно, их образование становится возможИнверсия типа проводимости в монокристаллах ZnSe, полученных методом свободного роста рассеяния сильно легированного кристалла характеризуется выраженной асимметрией вперед (в направлении распространения луча) и имеет два слабо выраженных максимума у основания правой части диаграммы. Это позволяет заключить, что в данном случае имеет место рассеяние Ми на частицах, размер которых больше.

Следует также отметить, что рассеивающие дефекты находятся в хорошо проводящей среде с большой диэлектрической проницаемостью = 8.1. Это приводит к повышению удельного веса отраженной составляющей светового излучения (левая часть диаграммы).

Как отмечалось ранее [1], образование макродефектов индия приводит к снижению подвижости электронов в кристаллах (ZnSe : In) : Zn. В дополнение к этому, кристаллы (ZnSe : In) : Zn имеют серый оттенок, что снижает их оптическое пропускание. Проводимость кристаллов ZnSe : In после отжига в расплаве цинка характеризуется Рис. 1. Индикатрисы рассеяния нелегированного (штриховая единственной энергией активации Ea = 0.02 эВ, соответлиния) и сильно легированного индием (сплошная линия) ствующей мелким донорам In+.

Zn кристаллов селенида цинка.

4. Характеристики кристаллов с дырочной проводимостью Установлено, что в результате отжига кристаллов ZnSe, ZnSe : In и (ZnSe : In) : Zn в парах селена происходит инверсия типа проводимости. Наиболее оптимальным оказался отжиг кристаллов в течение 5 ч. В таблице представлены характеристики исследуемых кристаллов, отожженных в селене. Следует отметить, что контрольные отжиги кристаллов в вакууме или парах цинка не приводят к инверсии типа проводимости. В частности, отжиг кристаллов (ZnSe : In) : Zn в вакууме (5ч, 900C) приводит к увеличению удельного сопротивления кристаллов от 0.2 до 8 Ом · см. Аналогичный отжиг в парах цинка приводит к снижению удельного сопротивления от 0.3 до 0.2 Ом · см.

Рис. 2. Температурная зависимость темнового тока кристалС целью определения природы центров, ответственлов ZnSe : Se (1), (ZnSe : In) : Se (2) и [(ZnSe : In) : Zn] : Se (3).

ных за дырочную проводимость в исследуемых кристаллах, проводились исследования температурной зависимости темнового тока I(T ) (рис. 2). Дырочная ным благодаря легированию кристаллов в процессе проводимость ZnSe : Se характеризуется энергией аквыращивания.

тивации 0.43 эВ (рис. 2, кривая 1). Это значение, по При последующем отжиге кристаллов ZnSe : In в расданным [4], соответствует энергии активации ценплаве цинка, когда растворимость индия в кристаллах тра (VZnVSe)-, в состав которого входит двухзарядснижается, происходит выход части атомов индия из ная вакансия цинка. Эти же дефекты обнаруживаютузлов цинка в междоузлия. Об этом свидетельствует ся в кристаллах (ZnSe : In) : Se. Однако в низкотеманализ спектров поглощения кристаллов ZnSe : In до и после их отжига в цинке [1]. Процесс выхода атомов Электрофизические характеристики кристаллов ZnSe с дырочиндия в междоузлия кристаллической решетки сопроной проводимостью вождается образованием ассоциативных макродефектов.

Для оценки размера макродефектов проводилось измеТип, µ, p, Ea, рение индикатрисы рассеяния света, не поглощающегося кристалла Ом · см см2/B · c [3] см-3 эВ в кристаллах. В качестве источника света использовался ZnSe : Se 3 · 106 25 5 · 1010 0.полупроводниковый лазер, излучающий на длине вол(ZnSe : In) : Se 1 · 1010 25 1 · 1010 0.12, 0.ны 660 нм. На рис. 1 приведены индикатрисы рассеяния [(ZnSe : In) : Zn] : Se 4 · 105 25 3 · 1111 0.08, 0.для нелегированного и сильно легированного индием кристаллов селенида цинка. Видно, что индикатриса Примечание. p — концентрация дырок, µ — подвижность дырок.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 158 Ю.Ф. Ваксман, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов, П.В. Шапкин пературной области дырочная проводимость кристал- 2) Дырочная проводимость кристаллов ZnSe, ZnSe : In лов (ZnSe : In) : Se характеризуется энергией актива- контролируется вакансиями цинка, входящими в состав ции 0.12 эВ (рис. 2, кривая 2). Согласно [5], энер- ассоциативных дефектов типа (VZnVSe) и (VZnVSe)-.

гия активации Ea = 0.12 эВ соответствует нейтраль- 3) Низкотемпературная проводимость кристаллов ным ассоциативным дефектам (VZnVSe). Установлено, [(ZnSe : In) : Zn] : Se обусловлена мелкими акцепторными что указанные дефекты присутствуют и в кристаллах центрами InSe, равномерно распределенными в объеме [(ZnSe : In) : Zn] : Se. Вместе с тем дырочная проводи- кристаллов. Образование таких центров связывается с мость этих кристаллов в низкотемпературной обла- присутствием в кристаллах (ZnSe : In) : Zn макродефексти контролируется акцепторами с энергией активации тов индия, расположенных в междоузлиях кристалличеEa = 0.08 эВ (рис. 2, кривая 3). Столь мелкие акцептор- ской решетки.

ные уровни в кристаллах p-ZnSe мы наблюдаем впервые.

Учитывая амфотерные свойства индия, можно предполоСписок литературы жить, что такими акцепторами являются атомы примеси, локализованные в подрешетке селена. В пользу этого [1] Ю.В. Ваксман, Ю.А. Ницук, Ю.Н. Пуртов, П.В. Шапкин.

предположения свидетельствуют следующие факты.

ФТП, 35 (8), 920 (2001).

1) При отжиге в атмосфере селена повышается кон- [2] Yu.V. Korostelin, V.I. Kozlovsky, A.S. Nasibov, P.V. Shapkin.

J. Cryst. Growth, 197, 449 (1999).

центрация вакансий цинка и снижается концентрация [3] Д.Д. Недеогло, А.В. Симашкевич. Электрические и люмивакансий селена. В этих условиях процесс замещенесцентные свойства селенида цинка (Кишинев, Штиинния вакансий селена может происходить по схеме ца, 1980).

VSe + In InSe. Этот процесс происходит одновременно [4] V.V. Serdyuk, N.N. Korneva, Yu.F. Vaksman. Phys. St. Sol. (a), по всему объему кристалла, так как примесь индия 91, 173 (1985).

вводилась в кристаллы в процессе их выращивания.

[5] А.Н. Краснов, Ю.Ф. Ваксман, Ю.Н. Пуртов. Письма ЖТФ, 2) В условиях отжига образцов в парах селена 18(12), 1 (1992).

повышается растворимость индия в кристаллах. Это Редактор Л.В. Шаронова подтверждается увеличением прозрачности кристаллов (ZnSe : In) : Zn после их отжига в селене.

The inverse of conductivity type in ZnSe Для изучения однородности физических свойств криsingle crystals prepared by the free сталлов [(ZnSe : In) : Zn] : Se производилась шлифовка одной из граней на малый угол (5). Это позволило growth измерить спектры фотолюминесценции на различных Yu.F. Vaksman, Yu.A. Nitsuk, Yu.N. Purtov, расстояниях от поверхности образца. Полученные спекP.V. Shapkin тры оказались идентичными. Определялось также удельное сопротивление кристаллов при последовательной Mechnikov National University, шлифовке одной из граней на определенную толщину. 65026 Odessa, Ukraine Эти результаты также подтверждают электрическую Lebedev Physical Institute, однородность кристаллов. Таким образом, можно утвер- Russian Academy of Sciences, ждать, что наличие избыточного индия в межузель- 117924 Moscow, Russia ном пространстве кристаллов (ZnSe : In) : Zn является основной причиной образования мелких акцепторных

Abstract

The ZnSe : In and (ZnSe : In) : Zn single crystals obцентров InSe в процессе отжига кристаллов в селене.

tained by the free growth have been investigated. The inverse Эти центры наряду с вакансиями цинка обусловливают of conductivity type is reached by annealing the crystals in an дырочную проводимость кристаллов [(ZnSe : In) : Zn] : Se.

atmosphere of selenium saturated vapours. A hole conductivity Отсутствие мелких акцепторных уровней 0.08 эВ in (ZnSe : In) : Zn crystals that earlier possessed a high n-type в кристаллах (ZnSe : In) : Se свидетельствует о том, что conductivity (3-5 -1·cm-1) is first achieved. The nature of источником эффективной диффузии индия в подрешетку donor and acceptor centers responsible for the conductance of селена являются макродефекты индия, а не точечные investigated crystals is identified.

межузельные центры In3+.

i 5. Заключение Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1) Установлено, что при отжиге в парах селена происходит инверсия типа проводимости исследуемых кристаллов.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, 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.