РОЗДІЛ II
ОБ'ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Базові підкладинки та їх параметри
2.1.1. Методи отримання вихідних кристалів
В якості базових підкладинок при отриманні дифузійних шарів широкозонних II-VI сполук були монокристали ? - CdTe, ? - ZnTe, ? - CdS,
? - ZnSe та ? - ZnS стабільної кристалографічної модифікації. Їх використання обумовлене можливістю легування широким складом сторонніх домішок. Такий процес є термодинамічно рівноважним і утворені при відповідних технологічних умовах шари є монокристалічними і закономірно відтворюють будову кристалічної гратки базового матеріалу [60,87,93,99]. Сульфоселеніди цинку і кадмію вирощувались з розплаву під тиском інертного газу методом Бріджмена-Стокбаргера в Інституті монокристалів (м. Харків). Монокристали телуриду кадмію і цинку отримувались методом Бріджмена на кафедрі електроніки і енергетики Чернівецького національного університету. Вихідні кристали спеціально не легувалися і їх основні оптико-фізичні властивості наведено в таблицях 1.1 та 1.2. У цілому матеріали являють собою типові напівпровідники, що широко використовуються в оптоелектроніці.
При вирощуванні епітаксійних шарів GaN та AlXGa1-XN використовувалася епітаксія, оскільки на даний час вона є єдиним методом, що дозволяє отримувати монокристалічний матеріал. В якості підкладинок використовувалися пластини монокристалічного лейкосапфіру (? - Al2O3), вирощені у Вірменії.
Вихідні монокристали розрізалися струнною різкою на підкладинки типорозміром 5?5?1 мм. У подальшому проводилося механічне шліфування і полірування зразків. В якості абразиву використовувалася алмазна паста. Розміри її зерна поступово зменшувалися при переході починаючи з АСМ 20/14 до АСМ 3/1. Фінішна обробка здійснювалася на полірувальнику з шовком. Стан поверхні та можливі пошкодження контролювалися візуально під мікроскопом МБС-9 при збільшенні не менше 40Х. Залишки абразиву і фіксуючого матеріалу (піцеїну) вилучалися при кип'ятінні у диметилформаміді ретельно відмивалися в проточній дистильованій і деіонізованій воді.
Як відомо [60, 87], після механічної обробки утворюється приповерхневий порушений шар з мікротріщинами і підвищеною густиною дислокацій. Товщина цього шару оцінюється приблизно як десять діаметрів абразивного зерна і в нашому випадку може досягати 30 мкм. Такий шар впливає на технологічні процеси дифузії та епітаксії і істотно впливає на властивості отриманих шарів. Тому базові підкладинки піддавалися хімічному травленню у відповідних травниках, склад яких наведено в таблиці 2.1
Таблиця 2.1
Травники для хімічної обробки підкладинок
ПідкладинкаСклад травникаТемпература травлення, °СЧас травлення, хв.Стан поверхніCdTe
ZnTe
CdS
ZnSe
ZnS
? - Al2O3CrO3:HCl=2:3
H2O:KOH=2:1
CrO3:HCl=2:3
KMnO4:H2SO4=1:3
CrO3:HCl=1,6:3
потік H230
80
25
40
30
1100-13001-3
4-6
3-5
7-8
3-10
3-15дзеркальна
дзеркальна
дзеркальна
дзеркальна
слабко матова
дзеркальна
Після травлення зразки відмивалися в деіонізованій воді на ультразвуковій установці УЗДН-2Т.
Хімічна обробка повністю вилучала пошкоджений поверхневий шар. Одним з підтверджень тому є поява інтенсивної фотолюмінесценції при 300 К, яка не спостерігалася після механічного полірування.
2.1.2. Електрофізичні властивості
Базові монокристали сульфоселенідів та телуридів цинку і кадмію характеризуються електронною провідністю, яка мала за величиною
(? ? 10-6•10-12 Ом-1•см-1 при Т = 300 К). Навіть при їх легуванні під час росту з розплаву донорною домішкою (зокрема Al) величина ? збільшується найбільше до 10-3 Ом-1•см-1 . Її значення залежать від способу отримання монокристалів та температури і тривалості відпалу при легуванні. Отримані на базових матеріалах значення електропровідності та рухливості основних носіїв визначені за вимірами ефекту Холла [149] і наведені у таблиці 2.2
Таблиця 2.2
Основні електрофізичні параметри базових підкладинок
Підкладинка? - ZnS? - ZnSe? - CdS? - ZnTe? - CdTeТип провідностіnnnpnРухливість ?n,p, см?/В•с100?200100?300200?30060?110300?600Питома електропровідність ?n,p, Ом -1•см -110-10?10-1210-8?10-1110-6?10-810-6?10-810-6?10-10Тип власних дефектів кристалічної гратки ZniZniCdiCdiЕнергія іонізації центрів зумовлена дефектами, еВ0,61,00,030,60,110,40,050,140,030,8
Електрофізичні властивості багато в чому визначаються власними точковими дефектами (ВТД) кристалічної гратки [1, 3, 49, 150]. У кожному з вихідних кристалів існує власний ансамбль ВТД. Використання достатньо складного аналітичного методу квазіхімічних реакцій та кристалохімічного підходу дозволяє визначити домінуючий тип дефектів та механізм розупорядкування. Такі обрахунки показали, що для спеціально нелегованих базових підкладинок електропровідність контролюється донорними центрами, які обумовлені вакансіями в підгратці металоїду VB і атому металу в міжвузлії Меі [3, 74, 151]. Тому в табл. 2.2 також наведені дані про тип основних ВТД у базових підкладинках та енергетичне положення їх рівнів [28, 66, 95].
2.1.3. Оптичні властивості
Оптичні властивості базових підкладинок визначалися за широко відомими методиками досліджень оптичного пропускання (ОП) і фотолюмінесценції (ФЛ). За ними визначено ширину забороненої зони (Eg) та природу центрів, які відповідають за особливості енергетичної структури і обумовлюють рекомбінаційні процеси у вихідному матеріалі.
Спектри оптичного пропускання (Т?) наведені на рис. 2.1. Вони характеризуються типовим спектральним розподілом без будь-яких особливостей. Проте, в області значень енергій фотонів ?? близьких до Eg спостерігається різкий спад інтенсивності, що характерно для оптичних процесів на довгохвильовому краї поглинання. Граничне значення ?? узгоджується з величиною Eg для досліджуваних матеріалів [3, 11, 45, 66, 68].
Типові спектри випромінювання (N?) при 300 К вихідних монокристалів наведені на рис. 2.2. Фотолюмінесценц