
Введение качеству объемного ZnSe, с оптимизацией режимов эпитаксиального роста. В данной работе мы представляем первые результаты по исследованию этих вопросов на Уникальными возможностями обладает лазерная примере эпитаксиальных квантово-размерных структур электронно-лучевая трубка (ЛЭЛТ), которая может ZnCdSe/ZnSe с несколькими квантовыми ямами (КЯ) быть использована при создании телевидения ZnCdSe различной ширины.
высокой четкости и больших дисплеев коллективного пользования [1]. Однако одним из недостатков ЛЭЛТ является относительно высокий порог генерации Эксперимент лазера (лазерного экрана) при комнатной температуре.
Порог генерации может быть существенно понижен, Подложки ZnSe вырезались в виде прямоугольных если в качестве активного слоя лазерного экрана пластин с ориентацией (001) и толщиной 1 2 мм из использовать структуру с многими квантовыми объемной були, выращенной из паровой фазы в запаянямами [2]. Первый положительный эффект был ных кварцевых ампулах методом химического транспордостигнут при использовании периодической квантовота в водороде [9]. Кристаллы отличались отсутствием размерной структуры в системе ZnCdSe/ZnSe, двойниковых прослоек, а плотность дислокаций, оцененвыращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии ная по ямкам травления на плоскости (111) Se, была (МЛЭ) на подложках GaAs [3]. В этой работе при (0.8 1.0) 105 см-2. Максимальная площадь пластин создании лазерного экрана подложка GaAs удалялась, составляла 50 20 мм2. После резки пластины шлифоа сама структура приклеивалась к хладопроводящей вались и полировались механически с поэтапным уменьсапфировой подложке. Однако клеевой слой деградирует шением размера зерна полирующего порошка до 1 мкм.
под действием электронного пучка и ограничивает Финишную обработку осуществляли путем коллоидносрок службы ЛЭЛТ. Решением проблемы является химического полирования (КХП) с использованием поиспользование ZnSe в качестве подложек для проведения лировальника типа поливел и стабилизированной комроста [2].
позиции модифицированного коллоидного кремнезема, Интерес к гомоэпитаксии ZnSe в последнее время содержащего 20%-й раствор CrO3 [10]. После окончания значительно вырос [4Ц8], что связано в первую очередь КХП (снимался слой 10 20 мкм) поверхность подс возможностью снизить плотность ростовых дефектов ложки промывалась деионизированной водой и подвери увеличить срок службы синих лазерных диодов. Не- галась специальной химической обработке растворами смотря на первые положительные результаты по со- поверхностно-активных веществ для удаления следов зданию светодиодов и лазерных диодов на подложках SiO2 и ионных примесей. Микрорельеф поверхности, ZnSe [6Ц8], остается много невысненных моментов, свя- измеренный с помощью атомно-силового микроскопа занных с оптимизацией технологии подготовки подлож- (АСМ), характеризовался среднеквадратичным отклонеки, с требованиями, предъявляемыми к структурному нием, равным 20 25. Однако на этой поверхности 1 642 В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса...
Рис. 1. Схема установки для удаления окислов с поверхности подложки ZnSe. 1 Ч баллон с H2, 2 Ч кварцевая ампула, 3 Чпечь электросопротивления, 4 Ч УВЧ генератор, 5 ЧH-плазма, 6 Ч контейнер с Se, 7 Ч подложка ZnSe, 8 Ч кварцевая подставка, 9 Ч ввод с термопарой, 10 Ч вакуумная ловушка с жидким азотом, 11 Ч форвакуумный насос, 12 Ч вакуумные вентили.
не удавалось получить высококачественную картину ди- и 80, разделенных слоями ZnSe толщиной 300, с фракции отраженных быстрых электронов (ДОБЭ) из-за верхним слоем ZnSe толщиной также 300.
наличия окисного слоя, который невозможно испарить в Исследовалась катодолюминесценция при T = 40 и вакууме даже при нагреве до температуры T = 600C. 300 K и топография поверхности полученных структур.
Спектры катодолюминесценции регистрировались с обДля удаления окисного слоя использовался предварилучаемой поверхности при энергии электронов Ee = 3, тельный отжиг в атомарном водороде при температуре 10 и 30 кэВ, токе Ie = 1 10 мкА и диаметре электронT = 400 450C и давлении 0.1 мм рт.ст. в течение ного пучка de = 0.1 3 мм. Использовался спектрограф 30 мин. Атомарный водород генерировался УВЧ разPGS-2 с дисперсией 7 /мм и фотометрической приставрядом в потоке очищенного H2, пропускаемого через кой с ФЭУ-100. Топограммы были получены с помощью кварцевый реактор. Схема установки показана на рис. 1.
АСМ в режиме контактной моды с разрешением по Для предотвращения интенсивного травления образец оси Z 5. В АСМ использовалися мягкие кантелеверы ZnSe помещался вне водородной плазмы по ходу расс силовой константой 0.5 Н/м и радиусом кривизны на пространения водородного потока от баллона к системе конце острия 500.
откачки. Чтобы избежать окисления поверхности при переносе подложки из отжиговой камеры в установку МЛЭ, после отжига непосредственно в отжиговой камеЭкспериментальные результаты ре на поверхность наносилась защитная пленка селена.
и их обсуждение С этой целью после охлаждения образца ZnSe поток водорода перекрывался, УВЧ разряд выключался и печь На рис. 2 приведены топограммы поверхности подперемещалась в верхнее положение для испарения Se.
ожки ZnSe после коллоидно-химической полировки Пленку селена можно было удалить при нагреве до (рис. 2, a), после отжига в атомарном водороде (рис. 2, b) T = 250C.
и поверхности эпитаксиальной структуры, выращенной Эпитаксиальный рост осуществлялся на установке на этой подложке (рис. 2, c). Как видно из рисунка, ЦНА-18 (Россия) с использование раздельных источмаксимальный перепад рельефа после полировки не ников с чистыми материалами Zn, Se и Cd в качепревышает 70. Отжиг в водороде уменьшает этот стве исходных компонент при температуре подложки перепад до 40. В ходе роста эпитаксиальных пленок 270 300C [11]. Соотношение потоков элементов ме- неоднородность поверхностного слоя возрастает и нахоталла и селена было примерно 1 : 1 с небольшим превы- дится в пределах 70 80. Если подготовку подложки шением селена. Скорость роста составляла около 1 /c.
осуществлять механической полировкой с последующей Качество поверхности в ходе роста контролировалось обработкой в полирующем травителе на основе раствора по дифракции отраженных быстрых электронов. Было CrO3 в концентрированной HCl (такая подготовка часто выращено несколько структур ZnCdSe/ZnSe, состоящих используется при изготовлении лазерных экранов из из буферного слоя ZnSe толщиной 0.2 мкм и нескольких объемного ZnSe), то поверхность (см. рис. 2, d) имеет квантовых ям Zn0.8Cd0.2Se шириной примерно 10, 20, 40 сильно развитый рельеф в плоскости XY с характерным Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование квантовых ям в системе ZnCdSe/ZnSe... Рис. 2. Топограммы поверхности подложки ZnSe после коллоидно-химической полировки до (a) и после (b) отжига в атомарном водороде и поверхности выращенной на этой подложке эпитаксиальной структуры ZnCdSe/ZnSe (c). d Ч топограмма поверхности химически полированной подложки.
1 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 644 В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса...
Рис. 2 (продолжение).
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Исследование квантовых ям в системе ZnCdSe/ZnSe... Рис. 3. Картина дифракции отраженных быстрых электронов до (a, c) и после (b, d) роста эпитаксиальной структуры на подложке ZnSe, отоженной (a, b) и неотожженной (c, d) в атомарном водороде.
отклонением по оси Z около 120. При эпитаксиальном ские дуги, характерные для поликристаллического роста росте на подложках, поверхность которых подготовлена (рис. 3, d). В этом случае не происходит формирование этим методом, характерный размер неоднородностей по квантовых ям, о чем свидетельствуют данные по катодовысоте достигает 200. люминесцентному анализу образцов.
На рис. 3, a, b представлены картины ДОБЭ в напра- Спектры катодолюминесценции четырех различных влении [110] до и после роста эпитаксиальной структу- структур при T = 40 K, Ee = 3 кэВ и примерно ры на подложке, обработанной в атомарном водороде. однаковой плотности тока je = 10-3 А/см2 приведены Достаточно узкие вытянутые и контрастные рефлек- на рис. 4. Спектр структуры 100 (3 КЯ шириной 10, сы свидетельствуют о хорошем качестве поверхности 20 и 40 ) состоит из слабого излучения в области как подложки, так и выращенной структуры. Если не 443 448 нм и широкой полосы с максимумом при проводить отжиг в атомарном водороде, то окисел с 485490 нм, что характерно для экситонного излучения подложки не удается удалить даже при нагреве до 600C (FX) и излучения, связанного с комплексом собственв сверхвысоком вакууме. При этом, как правило, наблю- ного дефекта и примесного атома, предположительно дается дифракционная картина, состоящая из сильного кислорода (O, VZn), в ZnSe [9]. Поэтому наблюдаемое издиффузного фона от оксидной пленки и слабых вытя- лучение мы приписываем буферному и промежуточным нутых рефлексов от приповерхностного слоя подложки слоям ZnSe. При Ee = 3 кэВ глубина проникновения (рис. 3, c). В процессе роста на таких подложках картина электронов (z0) в структуру составляет менее 0.1 мкм дифракции становится более контрастной, однако вместо и вероятность возбуждения подложки ZnSe мала. Таким штриховых рефлексов наблюдаются точечные рефлексы, образом, в спектре этой структуры отсутствуют какиехарактерные для объемного роста, и (или) концентриче- либо признаки образования КЯ. Причиной этому явился Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 646 В.И. Козловский, П.А. Трубенко, А.С. Артемов, Е.М. Дианов, Ю.В. Коростелин, А.Б. Крыса...
объемный рост, на что указывала картина дифракции электронов.
Спектры других трех структур Ч 92 (2 КЯ шириной 20 и 80 ), 94 (2 КЯ шириной 20 и 40 ) и 98 (3 КЯ шириной 10, 20 и 40 ) Ч состоят из ряда линий, которые мы приписываем излучению КЯ. Полуширина на полувысоте линии с максимумом при m = 450 нм (спектр 3, QW-10 Ч КЯ шириной 10 в образце 98) и линии с максимумом при m = 457 нм (спектры 1, 2, QW-20 Ч КЯ шириной 20 в образцах 92 и 94) составила примерно 1.5 мэВ, что сравнимо с ширинами линий люминесценции аналогичных КЯ, выращенных на подложках GaAs [12]. Совпадают также спектральные положения этих линий с таковыми в случае роста на GaAs. Это излучение мы приписываем излучению эксиРис. 5. Спектры катодолюминесценции структуры 98 (3 КЯ тонов, свободных или локализованных на флуктуациях шириной 10, 20 и 40 ). T = 40 K. Ee, кэВ: 1 Ч3, 2 Ч 10, ширины КЯ. Линии с m = 458 нм для образца 3 Ч 30. Стрелками отмечены линии излучения КЯ.
(спектр 3, QW-20) и m = 463 нм для образца (спектр 2, QW-40) также можно интерпретировать как излучение локализованных экситонов в КЯ шириной соответственно 20 и 40. Их полуширина несколько Ee: 3, 10 и 30 кэВ. При 10 и 30 кэВ z0 оценивается больше, чем линий, обсуждавшихся выше. Еще болькак 0.25 и 2.5 мкм соответственно [13]. При поверхшую полуширину (примерно 60 мэВ) имеет линия с ностном возбуждении (3кэВ) наряду с излучением КЯ m = 468 нм в образце 98 (спектр 3, QW-40) и линия в спектре присутствует широкая длинноволновая полоса с m = 470 нм в образце 92 (спектр 1, QW-80), что, с m = 555 нм. Эта полоса отсутствует при глубопо-видимому, связано с LO-фононным уширением. Эти ком возбуждении (30 кэВ), когда спектр соответствует линии мы также приписываем излучению КЯ шириной фактически спектру излучения подложки ZnSe. Ее 40 и 80 соответственно, однако считаем, что оно следует приписать излучению через глубокие центры, обусловлено рекомбинацией локализованных раздельно обусловленные дефектами в эпитаксиальных слоях.
электрона и дырки (типа донорно-акцепторного перехоИзлучение КЯ присутствует в спектре излучения и при да). Интересно отметить, что ширина линий излучения комнатной температуре. Однако линии излучения плохо в каждой из представленных структур увеличивается по разрешаются для различных КЯ и их интенсивность мере увеличения ширины КЯ. Причина этой закономер- пока существенно меньше, чем интенсивность линий ности пока не ясна.
излучения аналогичных КЯ, выращенных на подложке На рис. 5 проводится сравнение спектров катодолю- GaAs, имеющих примерно ту же плотность дислокаций минесценции образца 98 для трех различных значений (0.8 105 см-2). Поэтому можно предположить, что основной причиной низкой интенсивности излучения КЯ является не структурное несовершенство подложки ZnSe (относительно высокая плотность дислокаций), а более высокое загрязнение неконтролируемой примесью (например, кислородом) и наличие высокой концентрации собственных точечных дефектов (особенно вакансий цинка VZn). Следуя [5], мы предполагаем, что VZn, связанные в комплексы в подложке, в процессе эпитаксиального роста освобождаются из этих комплексов и диффундируют в эпитаксиальный слой, образуя в нем безызлучательные центры рекомбинации. Тем не менее этот вопрос требует проведения дополнительных исследований.
Заключение В работе получены и исследованы квантово-размерные Рис. 4. Спектры катодолюминесценции. Структуры: 1 Чструктуры Zn0.8Cd0.2Se/ZnSe с одиночными квантовы(2 КЯ шириной 20 и 80 ), 2 Ч94 (2 КЯ шириной 20 и 40 ), ми ямами, выращенными методом молекулярно-лучевой 3 Ч98(3 КЯ шириной 10, 20 и 40 ) и 4 Ч 100 (3 КЯ шириной эпитаксии на бездвойниковых подложках ZnSe(001).
10, 20 и 40 ). T = 40 K и Ee = 3 кэВ.
Pages: | 1 | 2 |