СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ. – 2008. – №4(54). – 109–116
УДК 621.382
Оптические свойства эпитаксиальных слоёв
PbSnTe, выращенных на BaF2/CaF2/Si(100)
Д. И. ОСТЕРТАК§, В. А. ИЛЮШИНЁ, А. А. ВЕЛИЧКО©
Исследованы оптические свойства тонких эпитаксиальных слоёв PbSnTe, выращенных на BaF2/CaF2/Si(100) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Получена и теоретически описана диэлектрическая функция PbSnTe в видимом и ультрафиолетовом диапазонах излучения.
ВВЕДЕНИЕ
PbSnTe – узкозонный полупроводник группы AIVBVI. Его оптические электрофизические свойства начали изучать ещё в середине 1960-х гг. [1,2]. Данный тип соединений широко используется для создания инфракрасных (ИК) фотоприёмных устройств (ФПУ) и полупроводниковых лазеров [3,4].
Тонкие эпитаксиальные слои фторидов щелочноземельных металлов (ЩЗМ) BaF2 и CaF2 могут быть использованы для согласования параметров кристаллических решёток и коэффициентов термического расширения (КТР) между полупроводниковыми плёнками AIVBVI и подложкой Si. Такие структуры применяются для изготовления нового поколения устройств, где фотоприёмные элементы интегрированы в монолитную конструкцию с электроникой, созданной в подложке Si [5]. Большинство работ, однако, посвящено
росту плёнок PbSnTe с использованием буферных слоёв фторидов кальция и бария на подложках Si(111) [6,7], тогда как подложки Si(100) более востребованы для технологических применений [7, 8]. В [9] предложена конструкция интегрального ИК ФПУ на основе гетероструктуры PbSnTe/BaF2/CaF2/Si(100). Такие структуры могут быть получены методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ).
При разработке и создании приборов данного типа очень важны знания оптических и электрофизических характеристик полученных материалов. Поэтому в данной работе методами инфракрасной спектроскопии Фурье и спектроскопической эллипсометрии (СЭ) были исследованы оптические и электрофизические свойства плёнок PbSnTe, выращенных на подложках Si(100) с использованием буферных слоёв BaF2 и CaF2.
1. Методика эксперимента
Структуры PbSnTe/BaF2/CaF2/Si(100) были выращены в двухкамерной установке МЛЭ «Ангара». Фоновое давление в обеих камерах роста составляло ~10–6 Па. Первый модуль был оборудован молекулярными источниками (МИ) CaF2 и BaF2, второй – двумя МИ PbSnTe и источником Te.
Стандартная предэпитаксиальная обработка подложек включала стадии очистки в органических растворителях, стравливание окисла в HF и формирование пассивирующего окисла в H2O:H2O2:HNO3. Пассивирующий окисел удалялся после загрузки подложки в модуль роста отжигом при температуре ~1000 °C до появления отчётливой дифракционной картины Si(100)–(2Ч1). Затем слои CaF2 и BaF2 выращивали последовательно в течение 1 ч – каждый слой при температурах МИ, соответствующих скорости роста ~0.5 мкм/ч и температуре подложки ~600 °C. Далее, во втором модуле роста осаждение PbSnTe проводилось при температуре подложки ~300–400 °C и величине молекулярного потока PbSnTe, соответствующей скорости роста ~1 мкм/ч. Температура источника теллура составляла ~300–350 °C.
Измерение ИК-спектров отражения в диапазоне 100–6000 см–1 проводилось с помощью ИК-спектрометра Фурье Bruker IFS 66 при комнатной температуре, при этом использовался неполяризованный свет с углом падения 20є. Никакой специальной обработки поверхности не проводилось. Для обработки полученных экспериментальных данных использовался пакет программ Scout [10].
Для анализа диэлектрической функции PbSnTe был использован спектроскопический эллипсометр J. A. Woolam Co., Inc, оборудованный вертикальным держателем образца и имеющий спектральный диапазон 0.73…5 эВ. Для измерений были использованы следующие углы падения света: 60, 65, 70 и 75є. Теоретическое описание диэлектрической функции PbSnTe проводилось с использованием пакета программ WVASE32 [11].
2. Результаты эксперимента и обсуждение
На рис. 1 изображены спектры отражения для структур PbSnTe/BaF2/ CaF2/Si(100) в диапазоне 100…500 см–1. Спектры были получены с использованием неполяризованного света с углом падения 20°. Характерные особенности спектров в данном диапазоне – это наличие пиков при ~180 см–1 и впадин при ~330 см–1, которые, вероятно, возникают из-за оптических поперечных (TO) и продольных (LO) фононов BaF2. Для проверки этого предположения были проведены дополнительные ИК-исследования структур BaF2/CaF2/ Si(100) без слоя PbSnTe.
Если Вы желаете скачать полную версию статьи, пройдите регистрацию на сайте http://sbornik. infoterra. ru/reg. php
♣ Магистр техники и технологии, аспирант кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники
♦ Доцент кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники, канд. техн. наук
♥ Профессор кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники, д-р техн. наук
