Процессы излучательной рекомбинации в пленках оксида цинка и гетероструктурах на их основе

• Автор: Аливов, Яхия Ибрагимович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§1.1. Общая характеристика оксида цинка
§1.2. Зонная структура
§1.3. Основные электрофизические и оптические свойства
§1.4. Фото- и катодолюминесценция
§1.5. Методы получения пленок ZnO
§1.6. Гетероэпитаксия
§1.7. Зеленая полоса люминесценции пленок и кристаллов 2пО,
легированных медью
§1.8. Пленки 2п0, легированные и солегированные азотом
§ 1.9. Р-Ы гетеропереходы на основе 2п0
Глава II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
§2.1. Особенности электронного возбуждения
§2.2. Описание экспериментальной установки
§2.3. Метод газофазной эпитаксии для выращивания эпитаксиальных
пленок оксида цинка
§2.4. Получение поликристаллических пленок ХпО методом окисления
металлических слоев цинка
§2.5. Подготовка образцов для исследований
Глава III. КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПЛЕНОК ОКСИДА ЦИНКА,
ПОЛУЧЕННЫХ РАЗНЫМИ МЕТОДОАМИ
§3.1. Катодолюминесценция поликристаллических пленок ЕпО,
полученных термическим окислением металлических слоев цинка
§3.2. Катодолюминесценция гетероэпитаксиальных структур
гпО/СаЫ/а-АЬОз, полученных методом химического транспорта
Глава VI. СВОЙСТВА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК
ОКСИДА ЦИНКА, ЛЕГИРОВАННЫХ РАЗНЫМИ ПРИМЕСЯМИ
§4.1. Пленки оксида цинка, легированные медью путем термической
диффузии
§4.2. Пленки оксида цинка, легированные галлием в процессе роста и
имплантированные азотом
§4.3. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник
Глава V. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА Р-И
ГЕТЕРОПЕРХОДОВ НА ОСНОВЕ
§5.1. Г етеропереходы типа п-ХпО/р-ваИ
§5.2. Гетеропереходы типа п-ХпО!р-АолгОао.ввИ
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Оксид цинка (2пО), широкозонный полупроводник до недавнего времени представлявший интерес как материал с хорошими пьезоэлектрическими свойствами (с самым большим коэффициентом электромеханической связи из всех известных полупроводников), в последнее время привлек внимание исследователей как перспективный материал для создания синих и ультрафиолетовых излучателей света. Это объясняется тем, что, он, являясь физическим аналогом нитридом галлия (ваМ) - полупроводника, широко используемого в настоящее время сегодня для создания светоизлучающих структур в этой области спектра, в то же время 2пО обладает рядом существенных преимуществ, среди которых:
- большая энергия связи экситона ~60 мэВ (против ~25 мэВ в СаЫ),
- простота получения пленок и кристаллов и, следовательно, экономическая выгода создания приборов на основе 2пО,
высокая радиационная стойкость,
- высокий квантовый выход люминесценции,
- возможность химического травления простыми реактивами,
Однако, на пути внедрения этого материала в производство стоит ещё много проблем. Несмотря на десятилетия исследований многие основные физические свойства оксида цинка остаются все еще необъясненными, что создает трудности для получения кристаллов с заранее заданными свойствами. В частности, нет единой точки зрения на природу естественной электронной проводимости нелегированных пленок и кристаллов 2п0: одними авторами это приписывается собственным дефектам (вакансиям кислорода или междоузельному цинку), другими - примесям водорода, всегда присутствующим при всех используемых в настоящее время методах выращивания и неконтролируемо проникающим в кристалл вследствие большой его подвижности. Нет единой точки зрения и на природу зеленой полосы, всегда присутствующей в спектре люминесценции 2п0, независимо ни от условий выращивания, и ни от последующей обработки. Одними авторами эта полоса приписывается однократно заряженным вакансиям кислорода, другими - центрам меди.
Самой главной проблемой, пожалуй, которую нужно решить, чтобы сделать возможным внедрение 2п0 в производство для создания полупроводниковых приборов,
где d - эффективная глубина проникновения электронов, меньшая R - полной длины пробега. Использование этой функции приводит к рассмотренной выше функции скорости генерации (формула 2.3).
Очевидно, что такое представление является довольно грубым. Анализ формы функции ионизационных потерь, полученных экспериментально для таких хорошо изученных материалов, как Al, Си, Аи, Ge, Si, GaAs показал, что более точной аппроксимацией как кривой ионизационной, так и функции скорости генерации электронно-дырочных пар является гауссовская функция [163]:
2 Е-а
где А = ~т=г —гг, максимальное значение функции, определяемое из условия
fx[ + erf(ax0)
} dE J „
нормировки: dx = Ee, х0 - длина пути первичного электрона в глубину от

облучаемой поверхности, которому соответствует максимум ионизационных потерь, а -параметр, обратная величина которого характеризует полуширину гауссовской кривой, г
erf Z = 2/44 ■ |ехр(- - функция ошибок,

Тогда функция скорости генерации также будет иметь форму гауссовского распределения:
w) ‘с <2-9>
здесь: Gmas - скорость генерации в максимуме ионизационной кривой:
сшая=7= ._ г ' Т/ vf (2-10)
fx-e-3Eg\ + erf{ax(1)
Возможны и другие представления G(x), например, в виде степенной функции, но преимуществ по сравнению с гауссовским они не дают.
В тех случаях, когда нужно оценить среднюю в ионизованном слое концентрацию генерированных носителей, например, при расчете температуры нагрева области генерации или когда заведомо известен преобладающий механизм рекомбинации, повидимому вполне достаточно использовать ступенчатую функцию в виде (2.7). Если же