Фізика/ 7. Оптика

к.ф.-м.н. Ткаченко І.В., к.ф.-м.н. Готинчан І.З., *

ст.викл. Готинчан Г.І.^**

*Чернівецький торговельно-економічний інститут КНТЕУ, Україна

**Чернівецький факультет НТУ «ХПІ», Україна

АНАЛІЗ процесів дефектоутворення в кристалах ZnSe З ІЗОВАЛЕНТНОЮ ДОМІШКОЮ Mg

Безперечна перспективність селеніду цинку для короткохвильової опто-електроніки стимулює дослідження, які спрямовані на створення приладів даного мало освоєного спектрального діапазону. Однією з головних проблем при цьому є отримання кристалів або шарів з достатньо високими електронною та дірковою провідностями і домінуючою крайовою люмінесценцією при 300К.

Автори роботи [1] зробили висновок про наявність критичних температур , які обмежують використання рівноважних методів легування. Так, зок-рема, аномально низькі значення не можуть забезпечити необхід-них коефіцієнтів дифузії та розчинності акцепторних домішок у селеніді цинку, а у кінцевому рахунку і створення переходу. У зв’язку з цим вибір технології отримання кристалів або шарів p-ZnSe продовжує залишатись актуальною задачею.

Один із шляхів її вирішення – легування ZnSe ізовалентними домішками, які можуть мати велику розчинність і при низьких температурах, а також сти-мулювати генерацію власних точкових дефектів (ВТД) акцепторного типу [2].

Модельними зразками слугували бездомішкові кристали селеніду цинку, які були вирощені з розплаву стехіометричного складу під тиском інертного газу. Їх вибір зумовлений декількома причинами. Перша з них полягає у тому, що зазначена технологія є найбільш поширеною для отримання якісних криста-лів великого розміру [3]. По-друге, саме для таких зразків на даний час достеменно встановлено не лише якісний, але й кількісний склад ВТД [3]. Зазначимо, що розупорядкування у розплавлених бездомішкових кристалах ZnSe стехіометричного складу відбувається за схемою Шотткі. При цьому концентрації домінуючих ВТД, якими є катіони та аніони вакансії, при 300 К становлять ~ 10²¹ см^-3.

Розрахунок концентрацій рівноважних дефектів у кристалах ZnSe:Mg проводився методом квазіхімічних реакцій (КХР) із врахуванням наступних припущень. Перше з них стосується максимальної концентрації магнію , яка не повинна перевищувати 10¹⁹ см^-3, що виключає утворення твердих розчинів типу . По-друге, оскільки у нашому випадку , то слід допустити вакансійний механізм входження атомів магнію у катіону підгратку. По-третє, згідно сучасних уявлень, ізовалентна домішка викликає генерацію додаткових ВТД гратки, тип яких визначається співвідношенням ефективних зарядів базового напівпровідника ZnSe і утвореної сполуки з ІВД, тобто . Оскільки , то у кристалі має відбуватись генера-ція вакансій цинку і міжвузловинного селену. Натомість генерація є мало-ймовірною, оскільки сам їх частково «заліковує». Внаслідок зменшення концентрації катіонних вакансій, компенсація додатного заряду мілких донорних центрів (однозарядні вакансії селену ), які «звільнились» з комплексів (), відбувається за рахунок інших акцепторів. Останніми, скоріш за все, є негативно заряджені міжвузловині атоми селену , генерація яких стимулюється введенням ІВД магнію, причому їх концентрації мають бути сумірними, тобто .

Розрахунок концентрації рівноважних ВТД проведемо методом КХР з урахуванням викладених вище міркувань при зміні температури легування у межах (373-1273^°С) і концентрації магнію 10¹⁵-10¹⁹ см^-3.

Легування селеніду цинку ІВД домішкою Mg призводить до зміни ансамблю ВТД, що потребує окремого розгляду. При цьому приймається рівність легування селеніду цинку ІВД

,

а замість асоціатів у рівняння ввести інші .

Залежності концентрацій домінуючих дефектів при 300 К від температу-ри легування при максимальній концентрації домішки () наведено на рис. 1.

Рис. 1. Залежності рівноважних дефектів від температури відпалу у кристалах ZnSe:Mg при 300 К. .

Проведені розрахунки показують можливість отримання високої діркової провідності у кристалах ZnSe ізовалентною домішкою Mg.

Література:

1. А.Н. Георгобиани, М.Б. Котляревский, В.Н. Михаленко. Собственно-дефектные центры люминесценции в ZnS p-типа // Труды ФИАН. – М.: Наука, 1983, Т. 138, С. 70-135.

2. Махній В.П., Раранський М.Д. Точкові дефекти в алмазоподібних напівпровідниках – Чернівці: Рута, 2002. – 112 с.

3. І.В. Ткаченко. Механізми дефектоутворення та люмінесценції у бездомішкових і легованих телуром кристалах селеніду цинку. – // Дис…. канд..фіз.-мат. Наук. Чернівці. 2005. – 132 с.