ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СННХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2004, < 2, с. 110-112
УДК 539.216.002
РОСТ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК Pbx _ xMnxTe(Ga) НА МОНОКРИСТАЛЛАХ PbTex - xSex
© 2004 г. И. Р. Нуриев, С. С. Фарзалиев, Р. М. Садыгов
Институт Физики НАН Азербайджана, Баку, Азербайджан Поступила в редакцию 25.02.2003 г.
В настоящей работе представлены результаты исследования особенностей роста эпитаксиальных пленок Pbx _ xMnxTe (x = 0.06), выращенных на монокристаллических пластинах PbTe1 _ xSex (x = 0.08) методом конденсации молекулярных пучков. Установлено, что пленки с более совершенной кристаллической структурой (Wx/2 = 70-80"), толщиной 1-1.5 мкм, получаются при скоростях конденсации 7-8 А/с и температурах подложки 350-400°С. Разработан режим получения высокоомных фоточувствительных пленок Pb1 - xMnxTe(Ga) p- и и-типов проводимости с концентрацией носителей заряда и, p (77 K) « 5 • 1015-1 • 1016 см-3.
В течение последних двадцати лет предметом интенсивных экспериментальных и теоретических исследований стали полумагнитные твердые растворы халькогенидов свинца, в которых атомы свинца частично замещены атомами переходного элемента - марганца с некомпенсированным магнитным моментом [1-5]. В результате введения ионов марганца в решетку соединений халькогенидов свинца, например в PbTe, и образования твердого раствора Pb1 - xMnxTe незначительно уменьшается параметр решетки, сильно возрастает ширина запрещенной зоны. При этом в магнитном поле необычно изменяется энергетический спектр носителей заряда, благодаря чему создается возможность управления свойствами структур на их основе с помощью магнитного поля и температуры.
Начиная с 1989 года внимание исследователей широко привлекают теллуриды свинца и полумагнитные твердые растворы Pb1 - xMnxTe, легированные элементами III группы Периодической системы [6-10]. Легирование индием и галлием приводит к качественному изменению фотопроводимости - к появлению с ростом х на кинетических кривых, наряду с задержанной проводимостью, участка сравнительно быстрых релаксаций. Таким образом, перспективы использования этих полупроводников в ИК фотоэлектронике определяются эффектом долговременной релаксации возбужденных носителей заряда. Эти исследования, в основном, проводились на массивных монокристаллах указанных халькогенидов. Для практического применения большой перспективой обладают их эпитаксиальные пленки. Для создания различных приборов ИК техники, многоэлементных матриц на основе пленок данных полупроводников и их успешного применения в современной оптоэлектронике требуются пленки со
стабильными свойствами. В связи с этим необходимо установление закономерностей роста и разработка технологии получения структурно-совершенных эпитаксиальных пленок с заданными электрофизическими и фотоэлектрическими параметрами.
Известно, что свойства эпитаксиальных пленок во многом определяются параметрами подложки. В частности, желательно максимально возможное совпадение параметров решетки и коэффициентов теплового расширения подложки и наращиваемой пленки. Небольшое различие в параметрах решеток приводит к возникновению в пленке высокой плотности дислокаций. Подбором соответствующих составов материалов подложки и пленки можно получать согласованную пару, имеющую изопериодическую структуру.
С этой точки зрения для получения структурно совершенных пленок РЪ _ хМпхТе, пригодных для создания приборов на их основе, более удобными и перспективными являются подложки из материалов А4В6. Подложки такого типа широко применяются при создании лазеров и фотодиодов на гетероструктурах из материалов А4В6.
В настоящей работе представлены результаты исследования особенностей роста эпитаксиальных пленок РЪХ _ хМпхТе (х = 0.06) на монокристаллических пластинах РЪТе1 _ хБех (х = 0.08) с одинаковым значением параметров решетки а = 6.43 А.
Структурное совершенство пленок контролировалось электронографическим, электронноми-кроскопическим и рентгенодифрактометричес-ким методами.
Эпитаксиальные пленки выращены методом конденсации молекулярных пучков в вакууме 10-4 Па. В качестве источника использованы заранее синтезированные образцы, легированные галлием (0.5-0.8 ат.%), состава РЪ1 _ хМпхТе (х = 0.06).
РОСТ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК
111
I, имп./е 1 36750 -
22600
12550
(б)
600
1200 0, угл.с
Рис. 1. Электроннограмма (а) и кривая качания рентгеновской дифракции (б) эпитаксиальной пленки РЬ1 _ хМпхТе на монокристалле РЬТе1 - х8ех.
■т
Ёт-'.ДО г*-'. А'-'
211 15
(б)|
Рис. 2. Электронно-микроскопические снимки поверхности эпитаксиальных пленок РЬ1 _ хМпхТе на монокристаллах РЬТе1 - х3ех: без компенсации Те (а), с компенсацией Те (б).
25 ^
10 и
0
Параметр решетки и ориентация пленок определялись по кривым качания рентгеновской дифракции и по электронограммам на отражение. Показано, что пленки РЬ1 _ хМпхТе на монокристаллических пластинах РЬТе1 _ хБех (100) ориентированы плоскостью (100) параллельно подложке.
Исследования показали, что даже при относительно низких температурах подложки (Тп = 150— 200°С) пленки являются монокристаллическими. С повышением температуры до 350-400°С структура пленок улучшается (рис. 1). Однако на электронно-микроскопических снимках наблюдаются элементы контраста, свидетельствующие о наличии включений второй фазы (рис. 2а). Для их устранения в процессе выращивания пленок был использован дополнительный компенсирующий источник Те, применение которого приводило к полному исчезновению включений (рис. 26) и повышению структурного совершенства пленок. Полученные пленки имеют высокие значения подвижности носителей заряда (ц77К = 3 • 104 см2/В • с).
Таким образом, на монокристаллических пластинах РЬТе1 - хБех с полушириной кривой качания рентгеновской дифракции ^1/2 = 40"-50" при тем-
пературах подложки 350-400°С и скорости конденсации 7-8 А/с выращены структурно-совершенные (^1/2 = 70-80") эпитаксиальные пленки РЬ1 - хМпхТе толщиной 1-1.5 мкм без включений второй фазы. Установлено, что эпитаксиальные пленки РЬ1 - хМпхТе, полученные на подложках РЬТе1 - хБех, подвергавшихся кратковременному отжигу при температуре 400-500°С в течение 3-5 минут перед процессом выращивания, имеют еще более совершенную структуру (^1/2 = 50"-60"), что объясняется очищением поверхности монокристаллических пластин РЬ1-хМпхТе от различных загрязнений в результате термообработки. Разработан режим получения высокоомных пленок РЬ1 - хМпхТе (Оа) р- и я-типов проводимости с низким значением концентрации носителей заряда (я, р77 к ~ 5 • 1015-1 • 1016 см-3). Пленки с различными типами проводимости получались изменением температуры основного (РЬ1 - хМпхТе) и компенсирующего источника (Те). Большинство полученных пленок оказались фоточувствительными при температуре жидкого азота (77 К).
Работа выполнена при поддержке ИНТАС (проект 01-0190).
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ № 2 2004
112
НУРИЕВ и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андрианов Д.Г., Павлов Н.М., Савельев А.С. и др. // ФТП. 1980. Т. 14. Вып. 6. С. 1202.
2. Засавицкий И.И., Ковальчик Л.Н., Мацонашви-ли Б.Н. и др. // ФТП. 1988. Т. 22. Вып. 12. С. 2118.
3. Гук В.Г., Осипова Е.В., Папушина Т.И. // Неорган. материалы. 1992. Т. 28. № 2. С. 340.
4. Трофимов В Т., Аббасов Г.З., Спринхольц Г. и др. // ФТП. 1993. Т. 27. Вып. 7. С. 1158.
5. Рогачева Е.И., Сологубенко А.С., Кривуль-кин И.М. // Неорган. материалы. 1998. Т. 34. № 6. С. 669.
6. Акимов Б.А., Никорич A.B., Рябова Л.И. и др. // ФТП. 1989. Т. 23. Вып. 6. С. 1019.
7. Акимов Б.А., Белоконъ С.А., Дашевский З.М. и др. // ФТП. 1991. Т. 25. Вып. 2. С. 250.
8. Акимов Б.А, Лъвова НА, Рябова Л.И. // ФТП. 1996. Т. 30. Вып. 9. С. 1647.
9. Виссер А.Де, Иванчик И.И., Хохлов Д.Р. // ФТП. 1996. Т. 30. Вып. 8. С. 1400.
10. Акимов Б.А., Богоявленский В.А., Рябова Л.И. и др. // ФТП. 2001. Т. 35. Вып. 5. С. 524.
Сдано в набор 05.11.2003 г. Подписано к печати 26.12.2003 г. Формат бумаги 60 х 881/8
Офсетная печать Усл. печ. л. 14.0 Усл. кр.-отт. 3.2 тыс. Уч.-изд. л. 13.9 Бум. л. 7.0
Тираж 226 экз. Зак. 8027
Свидетельство о регистрации < 0110355 от 11.07.95 г. в Комитете Российской Федерации по печати Учредители: Российская академия наук, Институт физики твердого тела РАН
Адрес издателя: 117997, Москва, Профсоюзная ул., 90 Отпечатано в ППП Типография "Наука", 121099, Москва, Шубинский пер., 6
Pbx _ xMnxTe(Ga) Epitaxial Layer Growth on PbTex _ xSex Single Crystals H. R. Nuriyev, S. S. Farzaliyev, R. M. Sadigov
The results of research of Pb1-xMnxTe (x = 0.06) epitaxial layers grown on single crystal PbTe1 _ xSex (x = 0.08) substrates by the method of molecular beam epitaxy have been presented. It was established that films with more perfect crystal structure (W^2 = 70"-80"), 1-1.5 |jm thick are obtained at the condensation rate 7-8 À/s and substrate temperatures of 350-400°C. The mode of production of the high-resistance, photosensitive layers Pb1 _xMnxTe(Ga) of p- and «-type conductivity with charge carriers concentration n, p (77 K) ~ 5 • 10 -1 • • 10 cm-3 has been developed.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.