Жидкофазная эпитаксия твердых растворов (Ge2)1-x(InP)x и (GaAs)1-x-y(Ge2)(ZnSe)y



В работе приведены результаты исследований условия кристаллизации твердых растворов (Ge₂)_1-x(InP)_x и (GaAs)_1-x-y(Ge₂)(ZnSe)_y, а также некоторые структурные электрические и фотоэлектрические свойства Si — Si_1-xGe_{x —} (Ge2)_1-x(InP)_x и GaAs — (GaAs)_1-x-y(Ge₂)(ZnSe)_y структур.

The paper presents the results of studies of crystallization conditions solid solutions and as well as some structural, electrical and photoelectric properties and structures

Введение. Твердые растворы благодаря своим уникальным физическим свойствам находят более широкое применение в современной микро- и оптоэлектронике. С этой точки зрения перспективным является получение соединений и эпитаксиальных слоев их твердых растворов на подложках кремния и арсенид галлия.

В данной работе приведены результаты исследований условий кристаллизации твердых растворов и а также некоторые структурные, электрические и фотоэлектрические свойства и гетероструктур.

Экспериментальная методика роста. Рост эпитаксиальных слоев твердых растворов нами был осуществлен на установке «ЭПОС» с вертикальным реактором [1]. Подложками служили монокристаллические шайба кремния с диаметром марки КЭФ () и КДБ (), ориентированные по направлению (111). Температурный интервал роста 700–850 ⁰C, скорость принудительного охлаждения 1.0- 1.5 град./мин.

Гетероструктуры получены выращиванием из оловянного рааствора-расплава ограниченного горизонтально расположенными подложками (АГЧО, ) АГЧП по методике описанной а работе [1]. Температурный интервал роста 640–590 ⁰C, скорость принудительного охлаждения 1.5 град./мин. Определение состава эпитаксиальных слоев, методом рентгеновского микроанализа показало что, он почти однороден с составом х=0.02 и у=0.03.

Эпитаксиальные слои твердых растворов на подложке также получены по той же методике.

Структурные инекоторые электрические ифотоэлектрические свойства. Толщина эпитаксиальных слоев изменялась в интервале 15–20 мкм в зависимости от температуры начала кристаллизации, от состава раствора–расплава, а также от скорости принудительного охлаждения.

Использованная технология и подобранный температурный интервал позволил получению эпитаксиального слоя на дешевой кремниевой подложке с буферным слоем .

Однозондовые измерения косых шлифов структур показали, что выращенные слои твердых растворов по всей толщине имеют электронный тип проводимости, хотя удельного сопротивления и концентрация носителей слоев сильно завесила от условий роста и меняется соответственно интервале и . Коэффициент Холла и Холловская подвижность .

Далее исследованием косых шлифов полученных структур методами сопротивления растекания и термозондом показали, что между подложкой кремния и эпитаксиальным слоем твердого раствора находится слой твердого раствора дырочного типа проводимости с концентрацией носителей и толщиной . Следовательно, измеренная вольтамперная характеристика соответствует фактически структуре .

Измерения ВАХ указанных структур проводились в температурном интервале 300–400 K. Результаты измерения представлена в рис. 1. Как видно прямой ветви ВАХ гетероструктур наблюдаются две последовательных участка, которые можно аппроксимировать в виде двух зависимостей:

и (1)

В исследуемых нами структурах параметры и А соответственно имели значение 2.413 и 5.031. Изменение наклона первого участка с увеличением температуры свидетельствует о наличие туннельного механизма токопрохождения в гетероструктурах.

Следовательно, можно предположить, что в исследуемых структурах при малых напряжениях превалирует туннельный ток, который

Рис. 1. ВАХ структур при температурах 1- 400 K, 2–370 K, 3- 300 K.

с увеличением напряжения переходит в рекомбинационный через граничные состояния. Коэффициенты выпрямления образцов в зависимости от режима роста изменялись в интервале 10–300. Обратный ток при этом описывается зависимостью

(2)

где B — константа и m — имеет значение от 1.85 до 2.2 для разных образцов.

Фотоэлектрические свойства полученных структур изучались как в фотовольтическом, так и в фотодиодном режиме при температуре 300 К. Освещение осуществлялось со стороны твердого раствора.

Для измерения фото-ЭДС подготовлены образцы двух типов, у одного из которых, часть поверхностного слоя удалена химическим травлением. Таким образом, фактически измерялось ЭДС в структурах и . Результаты измерения представлена рис. 2. Видно, что в образцах первого типа (кривая 1) чувствительность охватывает интервал энергий 1–1.7 eV, тогда как в структурах она расширена до 2.3 eV (кривая 2). Как видно, спектральная чувствительность второго типа образцов существенно выше, чем у первых.

Эпитаксиальные слои твердых растворов на подложке также получены по той же методике. Пленка оказались дырочного типа с концентрацией носителей и Холловской подвижностью при 300⁰ К. Ширина запрещенной зоны твердого раствора оцененная по спектрам фотолюминесценции составила 1.58 эВ

Рис. 2 Фото чувствительность структур

Рис. 3. Зависимости напряжения холостого хода (1) и тока короткого замыкания (2) от степени освещенности при 300⁰ К

Получена и исследована люкс-амперная (рис.3) и нагрузочная характеристика гетероструктур при различных степенях освещенности. На основе полученных характеристик оценены внутренние квантовые выходы и К. П. Д. исследуемых структур в зависимости от технологии эпитаксиального выращивания. Обнаружено что, величина К. П. Д. полученных структур в зависимости от условий роста изменяется в интервале 5- 8 %.

Выводы. Таким образом, использованная технология и подобранный температурный интервал позволила получить эпитаксиальные слои и .

Изучение распределения компонентов по толщине эпитаксиального слоя на установке CAMECA показало что, во всех случаях содержание в слое увеличивается от нуля до 100 моль % на поверхности слоя, в зависимости от условий роста.

Кристаллические совершенства и распределения компонентов по толщине слоев в твердом растворе исследованы методом рентгеновской дифракции. На дифрактограммах обнаружены пики соответствующие Si подложке, твердому раствору а также твердому раствору, что свидетельствует о достаточном кристаллическом совершенстве полученных слоев.

Исследована ВАХ новых гетероструктур . Изменение наклона ВАХ с увеличением температуры свидетельствует о наличии туннельно — рекомбинационного механизма токопрохождения в гетероструктурах неупорядоченный фазовый переход.

Эпитаксиальные слои твердых растворов на подложках оказались дырочного типа проводимости с концентрацией носителей и Холловской подвижностью при 300К. Ширина запрещенной зоны твердого раствора оцененная по спектрам фотолюминесценции, составила 1.58 эВ

Литература:

1. М. С. Саидов // Кремниевые твердые растворы и их применение для каскадных солнечных элементов. Гелиотехника, N 5–6, 57(1997).
2. Саидов А. С., Сапаров Д. В., Хакимов Н. З., Рысаева В. А. // Некоторые электрические свойства варизонных твердых растворов , выращенных из висмутового расвора-расплава. ДАН РУз. 1996. № 1–2. стр. 31–32.
3. Саидов А. С., Сапаров Д. В., Хакимов Н. З., Рысаева В. А. // Некоторые электрические свойства варизонных твердых растворов , выращенных из висмутового расвора-расплава. ДАН РУз. 1996. № 1–2. стр. 31–32.