ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
344
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
МИКРОДЕФЕКТОВ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЯХ ZNSE/GAAS
1
Шарибаев М.Б.
2
Сапарниязова Г.
1
Хожахметова Г.
1.
Каракалпакский государственный университет имени Бердаха (г.Нукус., Узбекистан)
2
Каракалпакский институт сельского хозяйства и агротехнологии
(г.Нукус., Узбекистан)
https://doi.org/10.5281/zenodo.15049529
Аннотация.
МПЭ усылы менен өсирилген ҳәр қыйлы қалыңлықтағы ZnSe/(001)
GaAs эпитаксиаль жуқа пленкасының фотолюминесценция усылы менен терең
қатламларындағы нурланыў спектрлери анықланылды. Эпитаксиаль пленканың
дефектлерге ҳәм басқа элементлердиң концентрациясына байланыслы нурланыў
спектрлериниң үш бөлимнен туратуғынлығы аныкланды.
Аннотация.
Методом фотолюминесценций определены излучательные спектры
глубоких уровней эпитаксиальных пленок ZnSe/(001) GaAs с различными толщинами
выращенных методом МПЭ. Эпитаксиальные пленки ZnSe/(001) GaAs по концентрациям
других элементов и дефектов состоит из трех регионов. Энергетическое смещение полос
свидетельствует об уменьшении напряжения сжатия в яме и напряжений растяжения в
буферном слое. Одним из способов влияния на характеристики границы раздела А
2
В
6
/GaAs
структур является использование тонких промежуточных слоев, которые могут
задержать процессы интердиффузии компонентов плёнки и подложки.
INVESTIGATION THE DISTRIBUTION OF DOT AND MICRODEFECTS IN
EPITAXIAL LAYERS OF ZNSE/GAAS
Abstract.
In this work we report the depth inhomogeneity study of MBE grown ZnSe/(001)
GaAs epilayers of different thickness by X-ray photoluminescence methods. It is shown that all
these epilayers consist of three regions with different extended defect and impurity concentration.
There are pressure strain decreasing in the well and dilution strain decreasing in the buffer layer.
These processes cause low crystal qualities of the obtained layers which in turn stimulates
degradation processes. One of the ways to influence on characteristics of border section of
А
2
В
6
/GaAs structure is utilization of thin intermediate layers which is able to halt interdiffusion of
the components of a layer and substrate.
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
345
Введение
На основе высококачественных гетероэпитаксиальных слоев А
2
В
6
стало возможным
создать выскоэффектывные наноразмерные лазеры, фотодедекторы, солнечные элементы,
фотоотражающие приборы и другие устройства. Конечно, в этих структурах в качестве
подложки используются монокристаллы GaAs.
Это связно тем, что технология получения высококачественных сравнительно
дешевых GaAs монокристаллов с достаточной площадью, хорошо отработана в отличии
монокристаллов А
2
В
6
. Однако, использование GaAs в качестве подложки приводит к ряду
новых проблем. Это, в-первых, существование несогласованности в постоянных решетках
между бинарными соединениями А
2
В
6
и GaAs.
Например, для пары ZnSe/GaAs она составляет ~0.27% при комнатной температуре,
а для ZnTe/GaAs ~7.6%. А разница в коэффициентах термического расширения между ними
приводит к появлению упругих напряжений.
Во-вторых, осуществляется активная интердиффузия компонентов поперек границы
раздела А
2
В
6
/GaAs, которая ускоряется при образовании дислокации несоответствий [1] за
счет релаксации упругих напряжений. Эти процессы обусловливают низкое
кристаллическое качество полученных плёнок, которое в свою очередь, стимулирует
деградационные процессы.
Одним из способов влияния на характеристики границы раздела А
2
В
6
/GaAs структур
является использование тонких промежуточных слоев, которые могут задержать процессы
интердиффузии компонентов плёнки и подложки. Другим способом уменьшения
негативного воздействия интерфейса, которой позволяет повысить деградационною
стойкость структур на основе А
2
В
6
, и есть использования толстых барьерных слоев.
Как было показано в [2], влияние границы раздела А
2
В
6
/GaAs на свойства КЯ и
сверхрешеток, определяет термическую стабильность всей системы, которая играют
важную роль в процессах деградации синиезеленных лавинных диодов (ЛД) на основе
ZnSe.
Экспериментальная часть.
Известно, что при выращивании эпитаксиальных слоев (ЭC) полупроводников А
2
В
6
на подложках GaAs вблизи границы раздела образуется переходной слой с высокой
плотностью дислокаций и других протяженных дефектов.
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
346
По этой причине мы исследовали распределение структурных дефектов (типичных
и протяжённых) по глубине специально нелегированных ZnSe, ZnTe, и CdTe ЭС разной
толщины, выращенных МПЭ на GaAs подложках, методами низкотемпературной (Т=4.2-77
К) ФЛ и дифракцией рентгеновских лучей.
Изучалось также влияние тонкого аморфного слоя ZnTe, размещенного между
буферным слоем ZnTe и GaAs подложкой на свойства КЯ - сверхрешеток и на объемные
характеристики плёнок ZnTe.
Низкотемпературные спектры ФЛ слоев А
2
В
6
разделяются на три спектральные
области [3]: 1) область экситонных переходов, 2) область рекомбинации донорно-
акцепторных пар, 3) ФЛ переходы, связанные с глубокими уровнями.
На рис.1 приведены типичные спектры ФЛ при 4.2 К для трех ЭС ZnSe/GaAs с
различными толщинами, которые были выращены в одинаковых условиях. Спектры ФЛ
образцов толщиной >1 мкм (кривые b, c) в краевой области состоят из узких линий с
максимумами hν
1
=2.802 эВ (442 нм), hν
2
=2.796 еВ(443.5 нм), hν
3
=2.772 эВ (446.8 нм), и
hν
4
=2.602 эВ (476.5). Согласно литературным данным [4] первые две полосы соответствуют
излучательной рекомбинации свободного экситона I
FX
и экситона, связанного на
нейтральном доноре I
2
(D
0
,X), соответственно. Экситонная природа этих переходов
подтверждается соответствующими особенностями в спектрах отражения (см.4.6 и 4.13).
Последние две полосы I
V
0
(446, нм) и Y
0
(476.5) связывают с экситонными
переходами на структурных дефектах, а именно прорастающих дислокациях и дислокациях
несоответствия [5]. С высокоэнергетической стороны полосы I
V
0
в исследуемых образцах
часто наблюдается плечо максимумом при 446 нм I
x
.
Положение этого пика близко к положению двухэлектронного сателита (ЕL)
перехода (D
0
,X) [110], или к экситону, связанному на нейтральном акцепторе (связанного
с As или его комплексами) . Возможная природа этой линии будет рассмотрена ниже.
При более детальном рассмотрении выявляется, что полоса I
FX
состоит из двух
линий (основного пика и высокоэнергетического плеча), что обусловлено снятием
вырождения в точке расщеплния валентной зоны на зону легких дырок lh и тяжелых дырок
hh под действием других напряжений пленки.[5].
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
347
440
450
460
470
480
2.60
2.70
2.80
Energy (eV)
I
X
Y
0
I
V
0
I
2
I
FX
DAP
c)
b)
a)
P L i n
t e
n s
i t y
(
a .
u
. )
Wavelength (nm)
Рис.1 Типичные спектры ФЛ нелегированных образцов ЭС ZnSе/GaAs разной
толщиной: 0.5 мкм (кривая а), 1.3 мкм (кривая б), 2 мкм (кривая в).
Последние вызваны несогласованием в постоянных решетках ЭС и GaAs подложки,
а также разницей в коэффициентах термического расширения между ZnSe и GaAs, которая
возникает при охлаждении ЭС от температуры роста. Положение lh пика чувствительно к
напряжениям и поэтому оно смещается в низкоэнергетический бок спектра с увеличением
толщины образцов, так как с ростом толщины растет напряжение растяжения. Высокое
значение отношения интенсивности линий экситона, связанного на нейтральном доноре, к
пикам свободного экситона ζ=I
2
(D
0
,X)/IFX=1 подтвёрждает высокую оптичискую
доскональность исследуемых образцов [5].
Кроме приведенных экситонных линий в спектре ФЛ толстых эпитаксиальных слоев
присутствуют так же слабые полосы с максимумами 500 нм и 560-580 нм, связанные
переходами на DA парах, а так же полосы I
4
=2.48 еВ(500 нм), I
5
=2.21еВ(550 нм).
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
348
Слабые полосы, как правило, связывают с излучением донорно-акцепторных пар,
где акцептором выступает V
Zn
, а донором - элементы I группы (Na и Li). Полосе I
4
приписывают переход, связанный с собственными дефектами в ЭС.
Спектры ФЛ более тонких образцов (рис.1 кривая а) существенно отличаются от
выше приведенных спектров. В экситонной области спектра наблюдается лишь полоса
443.5 нм, полуширина которой изменяется от W=1,25 нм (для образца №34) до W=1.07 нм
(для образца №1). Этот экспериментальный результат подтвержден также измерениями
Холл-эффекта, где получена высокая плотность для электронов n=8*10
17
см
-3
-1,3*10
18
см
-3
,
соответствующая случаю вырождения. В спектрах ФЛ для всех тонких образцов
наблюдалась так же широкая полоса с максимумом ~620 нм, которой приписывается DA
парная рекомбинация, где донором является элемент III группы, а акцептором V
Zn
[6]. Как,
правило, пик I
2
(D
0
,X), который наблюдается в чистых образцах, связывают с Ga
Zn
[6], хотя
возможны интерпретации и другими элементами Cl
Se
и In
Zn
[6]. Загрязнение атомами галлия
эпитаксиальной пленки ZnSe, вероятно, происходит с GaAs подложки. Это объясняется
уменьшением отношения интенсивности I
2
/I
FX
с ростом толщины пленки (I
2
полоса связана
с атомами Ga) . Тогда возможным кандидатом в доноры III группы, которые отвечают, за
полосу ФЛ 620 нм в тонких образцах, является также Ga
Zn
.
Заключение
Толстые эпитаксиальные пленки ЭС (>1 мкм) содержат 2 области с повышенной
концентрацией точечных макродефектов: область вблизи границы раздела А
2
В
6
/подложка
и тонкая область (<0.1 мкм) в приповерхностной области. Установлено, что протекает
реакция образования точечных дефектов в приповерхностной области ЭС ZnSe/GaAs под
действием облучения пучком электронов и УФ светом.
REFERENCES
1.
E. Korsunskaya, V.P. Klad`ko, B. Embergenov, L.V. Borkovskaya, M.P. Semtsiv, and M.
Sharibaev, “Molecular-beam epitaxial growth of CdZnTe/ZnTe QW structures and
superlattices on GaAs (100) substrates for optoelectronics”,
SPIE Proceeding,
2001, v
.3890
,
P.537-541.
2.
V.I. Kozlovski, A.B. Krysa, Yu.G. Sadofyev, and A.G. Turyansky, “ZnTe epilayers and
CdZnTe/ZnTe QWs grown by MBE on GaAs (100) substrates with use of solid-phase
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 3 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
349
crystallization on seeded amorphous ZnTe layers
”.//
Sol. Fiz. Techn. Poluprov
.
2001, v
.33
(7),
P.810-814.
3.
E.F. Venger, Yu.G. Sadof’ev, G.N. Semenova, N.E. Korsunskaya, V.P. Klad’ko, L.V.
Shechovtsov, M.P. Semtsiv, L.V. Borkobskaya, and S.Yu. Sapko, “Lateral and depth
inhomogeneities in Zn-based heterostructures in grown on GaAs by MBE”
Thin Solid Films,
2000, v.
367
(1,2), P.184-188.
4.
Козловский В. И., Крыса А. В., Садофьев Ю. Г. и др. ZnTe epilayers and ZnCdTe/ZnTe
QW structures grown by MBE on GaAs (100) substrates using solid phase crystallization of
amorphous ZnTe buffer layer.//ФТП. 1999, т.33, В7, С.810.
5.
Багаев В. С., Зайцев В. В., Калинин В. В. и др. Экситонная люминесценция и
резонансное КР субмонослоев CdTe в пленках ZnTe, полученных методом
МВЭ.//Письма в ЖЭТФ. 1993, т.
58
, В.2, С.82.
6.
Венгер Е. Ф., Садофьев Ю. Г., Семенова Г. Н., и др. Излучение, связанное с
протяженными дефектами в эпитаксиальных слоях ZnTe/GaAs и многослойных
структурах.//ФТП. 2006, т.
34
, В.2, С.13.
