Книги по разным темам Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 3 Спектроскопия комбинационного рассеяния пленок Zn1-xCdxSe, выращенных на подложке GaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии й Л.К. Водопьянов, Н.Н. Мельник, Ю.Г. Садофьев Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 15 июля 1998 г. Принята к печати 28 июля 1998 г.) Представлены результаты впервые проведенных измерений спектров комбинационного рассеяния света пленок Zn1-xCdxSe (x = 0 0.55), выращенных на подложке GaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Из анализа экспериментальных спектров показано, что в изучаемой системе Zn1-xCdxSe проявляется одномодовый характер перестройки колебательного спектра с составом.

Возобновившийся в последнее время интерес к по- Проведен анализ формы линий КР, подтвердивший вылупроводниковым твердым растворам (сплавам) связан сокую степень кристалличности изучаемых пленок. Подс их широким использованием для создания квантово- тверждено предположение работы [5] об одномодовом размерных структур и микроэлектронных приборов. Осо- характере данной системы.

бое внимание уделяется изучению сплавов в виде тонких Гетероэпитаксиальные слои ZnCdSe на GaAs были эпитаксиальных слоев, составляющих основу квантовых получены методом эпитаксии из молекулярных пучям и сверхрешеток. При этом возникает проблема пра- ков на установке ФКатуньФ, в которую были дополнивомерности перенесения свойств объемного материала, тельно введены ионный манометр для контроля интенв частности сплава, на тонкие слои. Обычно без осо- сивности молекулярных пучков, а также электронный бых на то оснований предполагается, что эти свойства оже-спектрометр. Предельное давление газов в установидентичны. Однако, например, в работе [1] показано, ке составляло 110-8 Па. Для контроля качества очистки что перестройка фононного спектра в пленках CdZnTe поверхности подложки перед эпитаксией, особенностей при изменении концентрации компонентов отличается от зарождения и роста эпитаксиальной пленки использоваперестройки в аналогичных объемных кристаллах.

и встроенный дифрактометр быстрых электронов.

Для современных приложений, связанных с созданием Эпитаксию проводили на компенсированных хромом интегральных оптико-электронных приборов, необходи- подложках арсенида галлия ориентации (111) с разоримо выращивать пленки соединений IIЦVI на подходящем ентацией 3 к направлению {110} испарением особо чидля такой интеграции материале, например на GaAs.

стых (6N) элементов Zn, Cd и Se из индивидуальных моОднако в этом случае из-за несоответствия параметров лекулярных источников. Очистку поверхности подложки решетки возникают упругие напряжения, изменяющие от слоя естественных окислов проводили прогревом в физические свойства пленки. вакууме при 580C в отсутствие паров селена или цинка.

Представляет интерес изучение динамики кристалли- Образцы выращивались при температуре подложки ческой решетки пленок Zn1-xCdxSe. На основе тонких 280 320C при отношении эквивалентных давлений слоев этого сплава создавались и изучались структуры молекулярного пучка селена к суммарному давлению с квантовыми ямами [2] и квантовыми точками [3Ц4]. В молекулярных пучков цинка и кадмия, близком к 2, перспективе на основе таких структур возможно созда- что обеспечивает существование на поверхности сверхние эффективных излучателей света на голубую область структуры, состоящей из смеси реконструкций (1 2) спектра. Однако свойства этого сплава (в отличие от ин- и c (22) и соответствующей близким к стехиометричетенсивно изучаемых других сплавов соединений IIЦVI) ским условиям роста. При этом температуру эпитаксии исследованы весьма слабо. Имеется работа Брафмана [5], понижали в указанном выше диапазоне по мере пов которой исследовались спектры комбинационного рас- вышения содержания кадмия в выращиваемых пленках.

сеяния (КР) объемных кристаллов ZnCdSe и было вы- Толщина выращенных пленок составляла 1 2мкм. Скосказано предположение об одномодовом типе поведения рость роста пленок поддерживалась равной 1 мкм/ч. Конданной системы. троль состава выращенных эпитаксиальных слоев осуществляли по отношению интенсивностей LMM-линий В литературе, насколько нам известно, отсутствуют работы по изучению спектров комбинационного рас- оже-переходов Zn и Se, а также по спектрам катодолюминесценции.

сеяния света в эпитаксиальных пленках ZnCdSe. В настоящей публикации представлены первые результаты Спектры комбинационного рассеяния света снимались измерений КР на фононах для эпитаксиальных пленок на спектрометре U-1000 в геометрии обратного расZn1-xCdxSe (0 x 0.55), выращенных нами мето- сеяния при возбуждении несколькими линиями Kr- и дом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaAs. Ar2+-лазеров. Разрешение составляло 1 см-1.

Спектроскопия комбинационного рассеяния пленок Zn1-xCdxSe, выращенных на подложке GaAs... является линия 253.5 см-1, обусловленная рассеянием на LO-колебаниях ZnSe. Слабая полоса при 206 см-связана, по-видимому, с TO-модой ZnSe. Наблюдаемые частоты LO- и TO-мод совпадают с величинами, полученными для объемных кристаллов ZnSe. Это свидетельствует об отсутствии заметных упругих напряжений, изменяющих частоту фононов. Следует отметить, что проявление в спектрах обратного рассеяния от поверхности (100) пленки ZnSe TO-моды противоречит правилам отбора, которые предсказывают проявление только LO-колебаний. По-видимому, TO-мода становится активной из-за нарушения правил отбора, связанного с искажением кристаллической структуры на границе раздела пленкаЦподложка. Этим можно объяснить исчезновение TO-полосы при переходе к более узкозонным составам, когда пленка становится непрозрачной для Рис. 1. Спектры КР 1-го порядка для пленок Zn1-xCdxSe при возбуждающей линии лазера и граница раздела выходит возбуждении линией 4880. x: 1 Ч0, 2 Ч 0.09, 3 Ч 0.14, из игры.

4 Ч 0.38, 5 Ч 0.55.

Как видно из рис. 1, с увеличением содержания Cd в сплаве интенсивность полос КР падает, что, вероятно, обусловлено уменьшением эффективной толщины возбуждаемого слоя. Поэтому для увеличения интенсивности линий рассеяния мы снимали спектры пленок, обогащенных Cd при возбуждении красной линией криптонового лазера (рис. 2). Видно, что полосы LO-мод проявляются более отчетливо. Кроме того, на спектрах видны узкие линии газовой плазмы, что способствует более точному определению сдвигов частот фононов в зависимости от состава сплава.

Анализ полученных спектров для пленок сплавов с составами 0 x 0.55 (рис. 1 и 2) показывает, что с увеличением x частота LO-моды плавно смещается в сторону меньших энергий, доходя при x = 0.55 до 237 см-1. При этом ни для одного состава мы не наблюдали расщепления полосы LO-моды на два пика, локализованных вблизи ZnSe- и CdSe-подобных колебаний. Это свидетельствует о том, что динамика кристаРис. 2. Спектры КР пленок Zn1-xCdxSe при возбуждении лической решетки пленок Zn1-xCdxSe характеризуется линией 6471. x: 1 Ч 0.11, 2 Ч 0.22, 3 Ч 0.32, 4 Ч 0.55.

Интенсивные линии в области 233 см-1 относятся к газоразрядной плазме Kr-лазера.

Типичные спектры КР для эпитаксиальных пленок Zn1-xCdxTe, выращенных на подложках GaAs, снятые в геометрии обратного рассеяния при возбуждении линией 4880 при комнатной температуре, приведены на рис. 1. Для x = 0, т. е. для чистого ZnSe, в спектре присутствуют три линии рассеяния. Высокочастотная линия при 293 см-1 связана с LO-модой GaAs. Она проявляется в силу того, что пленка селенида цинка частично прозрачна для возбуждающего излучения. Эта линия еще видна для состава с x = 0.09, но при больших концентрациях Cd (x = 0.39), когда ширина запрещенной зоны уменьшается и, следовательно, падает прозрачность пленки, она исчезает. С наибольшей ин- Рис. 3. Зависимость частот LO-фононов LO от содержания тенсивностью на спектре, соответствующем x = 0, про- Cd x в пленках Zn1-xCdxSe.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 284 Л.К. Водопьянов, Н.Н. Мельник, Ю.Г. Садофьев одномодовым типом перестройки фононного спектра. Список литературы Это заключение cnановится еще более очевидным, если [1] D. Olegro, P. Raccah, J. Faurie. Phys. Rev. B, 33, N 6, мы рассмотрим зависимость частот LO-фононов от x, (1986).

представленную на рис. 3.

[2] P. Gingo, M. De Vittorio, R. Rinald, R. Cingolani. Phys. Rev.

Мы также анализировали форму линий комбинационB, 54, N 23, 16 934 (1996).

ного рассеяния света на фононах, используя для этого [3] M. Strassberg, V. Kutzer, U. Pohl, A. Hoffman, I. Broser, компьютерную программу. Результаты анализа показали, N.N. Ledentzov, D. Bimberg, A. Rosenauer, U. Fischer, что полосы КР на LO-фононах имеют в основном лоренD. Gerthsen, I.L. Krestikov, M.V. Maximov, P.S. KopТev, цову форму и ширина полос на полувысоте не превышает Zh.I. Alferov. Appl. Phys. Lett., 72, N 8, 942 (1998).

10 12 см-1. Последнее свидетельствует о высокой [4] B. Zhang, W. Wang, T. Uasuda, Y. Segava, K. Edamatsu, T. Itoh.

степени кристалличности выращенных нами пленок. Appl. Phys. Lett., 71, N 23, 3370 (1997).

Обнаруженный нами в эпитаксиальных слоях ZnCdSe [5] O. Brafman. Sol. St. Commun., 11, 447 (1972).

[6] I. Chang, S. Mitra. Adv. Phys., 20, 359 (1971).

одномодовый характер поведения представляется весьма [7] Y. Onodera, Y. Toyozawa. J. Phys. Soc. Japan, 24, 341 (1968).

необычным для полупроводниковых сплавов соедине[8] J. Dow, W. Packard, H. Blackstead, D. Jenkins. Dynamical ний IIЦVI. С точки зрения существующих критериев properties of solids, v. 7: Phonon physics, ed. by G. Hortoy характер перестройки данной системы определяется не(1995) p. 349.

однозначно. Так, классический критерий, предложенный в [6], дает одномодовый характер изучаемой системы. Редактор Л.В. Шаронова Более современный критерий, основанный на соображениях, высказанных авторами работы [7], и сформуRaman scattering of Zn1-xCdxSe films лированный для фононов в твердых растворах замещеgrown on GaAs substrate by molecular ния в [8], предсказывает для системы ZnCdSe двухмоbeam epitaxy method довый тип перестройки. Согласно этому критерию в сплавах (AB)C двухмодовая перестройка реализуется в L.K. Volopianov, N.N. MelТnik, Yu.G. SadofТev случае, когда колебательная энергия возмущения при P.N. Lebedev Physical Institute, замещении атома A на атом B больше, чем колебаRussian Academy of Sciences, тельная энергия взаимодействия атомов в решетке AC.

117924 Moscow, Russia Другими словами, должно выполняться следующее неE-mail: vodopian@sci.lebedev.ru равенство: m3 > K, где m Ч дефект масс, Ч частота локальной моды, K Ч силовая постоянная.

Величина K может быть определена из соотношения 2 K = (2TO + 2LO)M/3, где M Ч приведенная масса.

Тогда критерием двухмодовой перестройки будет m P 1. (1) 2 M 2TO + LO Подставляя в (1) значения масс атомов Zn, Cd, Se и частоты TO- и LO-фононов для CdSe TO = 169 см-1, LO = 211 см-1 и принимая частоту локального колебания равной предельной частоте разрешенного фононного спектра = LO (локальная мода Zn в CdSe не наблюдалась), получим P =1.368 > 1, что свидетельствует в пользу двухмодового характера перестройки и противоречит полученным нами экспериментальным данным. Последнее можно объяснить тем, что при выводе критерия не учитывали изменения силовых констант при замещении в сплаве. Поэтому указанный критерий носит приближенный характер.

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 97-02-16791) и МНТП России ФФизика твердотельных наноструктурФ (проекты 97-и 97-2019).

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып.    Книги по разным темам