CC BY
35
Восточно-Европейский журнал передовым технологий
Дослиджено вплив температури видпалу на спектри ЯКР шаруватих натвпровидни-кових сполук GaSe i InSe у складi гетерофо-тодiодiв, виготовлених за методом «прямого оптичного контакту». Мiра дефектностi кристалiв оцтювалася за ятстю мульти-плетних спектрiв ЯКР iзотопiв 69Ga i 115In, що вгдображають упорядковатсть в систе-мi полтитв
Ключовi слова: шаруватi напiвпровiд-ники, полтипи, спектри ЯКР, структурт дефекти, вiдпал кристалiв, гетерофотодi-оди
Исследовано влияние температуры отжига на спектры ЯКР слоистых полупроводниковых соединений GaSe и 1п5е в составе гетерофотодиодов, изготовленных по методу «прямого оптического контакта». Степень дефектности кристаллов оценивалась по качеству мультиплетных спектров ЯКР изотопов 69Ga и 1151п, отображающих, по сути, упорядочение в системе политипов
Ключевые слова: слоистые полупроводники, политипы, спектры ЯКР, структурные дефекты, отжиг кристаллов, гетеро-фотодиоды
The influence of temperature annealing on spectres NQR of layered semi-conductor connections GaSe and InSe as a part of the hetero-photodiodes made on a method «direct optical contact» was investigated. The degree of crystal's deficiency was estimated on quality multip-licaties spectres NQR of isotopes 69Ga and 115In, displaying, as a matter of fact, the ordering in system polytypes
Keywords: layered crystals, polytypes, NQR spectres, structural defects, annealing crystals, heterophotodiodes
УДК 621.315.592:539.143.43
ВЛИЯНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТЖИГА НА СПЕКТРЫ ЯКР И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕТЕРОФОТОДИОДОВ НА ОСНОВЕ GASE-INSE
Г.И. Л ас т и в к а
Ассистент* Контактный тел.: (03722) 4-55-29 Е-mail: [email protected]
О.Н . Сидор
Кандидат физико-математических наук, профессор,
научный сотрудник**
З.Д. Ко в ал ю к
Доктор физико-математических наук, профессор,
руководитель** **Черновицкое отделение Института проблем материалознавства им. И.М. Францевича НАН Украины ул. И. Вильде, 5, г. Черновцы, Украина, 58001 Контактный тел.: (0372) 52-51-55 Е-mail: с[email protected]
А. Г. Хандожко
Доктор физико-математических наук, профессор* Контактный тел.: (03722) 4-24-36 Е-mail: [email protected] *Кафедра радиотехники и информационной
безопасности
Черновицкий национальный университет им.
Ю. Федьковича
ул. Коцюбинского, 2, г. Черновцы, Украина, 58012
1. Введение
Слоистые полупроводники группы А3В6, в частности GaSe и InSe, являются перспективными материалами для фотопреобразователей видимого диапазона ввиду их высокой радиационной устойчивости [1-3]. Атомная "гладкость" сколотой поверхности позволяет относительно просто формировать
гетероструктуры прямым оптическим контактом исходных материалов. Анизотипный гетеропереход, составленный из p-GaSe и n-InSe, стал, фактически, первой и наиболее исследованной структурой, изготовленной по данной технологии [4,5]. Основной вывод из проведенных исследований заключается в том, что на основе InSe и GaSe можно реализовать качественные структуры даже при несогласованных
параметрах кристаллической решетки. Одним из недостатков названных гетеропереходов является значительная величина последовательного омического сопротивления, обусловленного протеканием тока перпендикулярно атомным слоям. К сожалению, обычное легирование примесями исходных материалов не приводит к ощутимому снижению межслоевого сопротивления. Естественно нужно ожидать, что снижение последовательного сопротивления фотодиода, будет положительно влиять на вольт-амперную характеристику (ВАХ) и фотоэлектрические характеристики прибора. Считается, что эффективность гетероперехода определяется, прежде всего, качеством электрического контакта двух разнородных полупроводниковых материалов. Прежде всего, на границе раздела необходимо свести к минимуму количество структурных дефектов и локальных поверхностных состояний. Очевидно, что на характеристики сформированного барьера будет оказывать значительное влияние свойства объемного материала, прилегающего к границе гетероперехода. Известно, что слоистые кристаллы GaSe и, особенно, InSe обладают большим количеством структурных дефектов, в том числе, дефектами упаковки и наличием плоских дислокаций [6,7]. Подбор режимов термообработки либо исходных полупроводников, либо самих гетероструктур должны способствовать улучшению фотоэлектрических параметров за счет снижения дефектности объемных материалов.
В настоящей работе изложены результаты исследования влияния низкотемпературного отжига (до 250оС) на спектры ядерного квадрупольного резонанса (ЯКР) и характеристики гетерофотодиодов p-GaSe-n-InSe. Качество монокристаллических образцов GaSe и InSe, использующихся при изготовлении гетеропереходов, после термообработки оценивалось по мультиплетным спектрам ЯКР. Тонкая структура резонансных сигналов представляет собой, в сущности, упорядоченную структуру политипных модификаций в кристаллической решетке исследованных образцов.
2. Эксперимент
Монокристаллы InSe и GaSe были выращены вертикальным методом Бриджмена. Специально нелегированный InSe обладал электронной проводимостью с концентрацией нескомпенсированных доноров 1014 ■ 1015 см-3 и подвижностью вдоль слоев ~ 103см2/Вс при 300 К. Удельное сопротивление нелегированного GaSe (е-политип) составило величину ~ 103 ■ 104 Омсм и концентрацию дырок р =1014 см-3.
Качество образцов контролировалось по спектрам ЯКР изотопов и 1151п. Для записи резонансных линий использовалась стационарная методика наблюдения с медленным прохождением условий резонанса в частотном диапазоне 19 ■ 22 МГц. Для повышения чувствительности метода применялась зееман-модуля-ция ЯКР с амплитудой импульсного магнитного поля ±10 Гс. Наблюдение резонансных сигналов осуществлялось с помощью регенеративного спин-детектора - автодина с последующей синхронной демодуляцией [8]. Чувствительность радиоспектрометра оказалось достаточной для наблюдения резонансных сигналов,
а также идентификации политипных модификаций в пластинках InSe и GaSe, составляющих, собственно, гетероструктуру.
Гетерофотодиоды p-GaSe-n-InSе изготавливались "посадкой на оптический контакт" тонких (~30 ■ 60 мкм) пластинок селенида галлия на толстые (~100 -^200 мкм) подложки селенида индия. Все операции были проведены исключительно на свежих сколах. Плоскопараллельные пластинки указанных соединений прижимались одна к другой на протяжении нескольких секунд, после чего оптический контакт обладал достаточной механической прочностью, необходимой для последующей работы с ним. Контакты изготовлялись путем вплавления чистого индия. Площадь структур составляла ~ 0,25 см2. Последовательная термическая обработка осуществлялась в вакууме на протяжении 4 часов при температурах 150, 200 и 250°С.
Измерения ВАХ и частотной зависимости импеданса осуществлялось при комнатной температуре с помощью амплитудно-частотного анализатора Solartron FRA 1255 совмещенного с аналого-цифровым преобразователем Solartron Е1 1286 и компьютерным интерфейсом. Скорость изменения напряжения во время измерений квазистационарных ВАХ составляла ~ 50 мВ/с. Исследования темнового поперечного импеданса осуществлялись в диапазоне частот 10-1^106 Гц. Измерение спектров фотоотклика проводилось при помощи монохромато-ра МДР-23 с разрешающей способностью 2,6 нм/мм. Спектральное распределение относительной квантовой эффективности фотопреобразования определялось отношением фототока к числу падающих фотонов.
3. Результаты исследований
3.1. Спектры ЯКР в исходных материалах гетерофотодиодов
Метод ЯКР базируется на поглощении энергии радиочастотного поля за счет изменения ориентации квадрупольных моментов ядер в неоднородном кристаллическом поле. Уровни квадрупольной энергии возникают при взаимодействии квадрупольных моментов с градиентом электрического поля с осевой симметрией в направлении z в месте расположения резонирующего ядра.
Для изотопов Ga со спином 1=3/2 частота резонансных переходов определяется выражением [8]: • .2 л 12
2
1
3
(1)
где еЦ - квадрупольный момент ядра, qzz - градиент электрического поля в месте расположения ядра и П - параметр асимметрии, указывающий степень отклонения qzz от аксиального распределения и определяется выражением:
П =
qxx- qy
qz!
(2)
где направление осей выбрано таким образом, что qxx < qyy < qzz и 0<п <1.
Учитывая аксиально-симметричное расположение пар атомов Ga-Ga в слоистом кристалле GaSe для квадрупольного перехода ±1/2 ^ ±3/2 следует принять, что п = 0. В этом случае для бездефектного кристалла
и при отсутствии неэквивалентных позиции резонирующих ядер должна наблюдаться одна резонансная линия.
Однако, уже в первых работах по ЯКР в соединениях GaS, GaSe, InSe наблюдались сложные спектры [9]. Последние объяснялись наличием политипов и дефектов упаковки атомных слоев в направлении оптическоИ оси с. При этом, наблюдавшийся спектр, состоящий из двух дублетов ЯКР в GaSe, был идентифицирован как присутствие двух политипов е и у с приблизительно равным содержанием.
В исходных образцах GaSe для гетерофотодиода мы также наблюдали два идентичных спектра, форма которых зависит от температуры и длительности отжига кристаллов. На рис. 3.1 представлена эволюция спектра ЯКР 6^а в GaSe зарегистрированная в процессе термообработки образцов. Спектр «а» записан в неотожженном кристалле GaSe, полученном сразу после выращивания слитка методом Бриджмена. График «б» отображает спектр ЯКР в том же образце, но после отжига в вакууме при Т = 400оС на протяжении 4 часов. Наконец, график «в» получен после отжига того же образца при Т=150оС в течение 75 часов.
Рис. 3.1. Изменение формы спектра ЯКР 6^а в GaSe в процессе термообработки. Приводятся вторые производные линий поглощения. По ординате у отложено интенсивность спектров в относительных единицах.
Температура записи спектра 293К
Из приведенных записей видно, что с отжигом кристалла форма линий становится более четкой и уменьшается число компонент в спектре ЯКР. Очевидно, что сложный спектр «а» отражает сильное разупорядочение в системе политипов и наличие множества дефектов упаковки в только что выращенном кристалле GaSe. Для сравнения приводим спектр ЯКР, записанный в образце, который хранился длительное время (~ 10 лет) при комнатной температуре. В результате такого самоотжига получен четкий спектр из двух дублетов (рис. 3.2), которые согласно роботе [9,10], следует приписать политипам е- и у-модификаций.
Рис. 3.2. Форма спектра ЯКР в монокристаллическом образце GaSe после длительного хранения при комнатной температуре. Положение резонансных линий отвечает политипам е и у согласно работе [9]. Группы линий I и II соответствуют двум неэквивалентным позициям атомов Ga. Т=293К
Для изотопов 1151п со спином 1=9/2 в InSe реализуется четыре резонансных перехода, для которых в случае аксиальной симметрии выполняется соотношение частот у1:у2: у3:у4 [8].
Исследование спектров ЯКР в InSe проведено для резонансного перехода ± 3/2 ^ ± 5/2, соответствующее частоте \2 ~ 20,6 МГц. В действительности, в InSe наблюдаются сложные мультиплетные спектры ЯКР, линии которых разбросаны в частотном диапазоне 20,4 + 20,8 МГц.
Форма резонансных спектров подобно случаю в GaSe, зависит от условий термообработки образцов после выращивания кристаллов расплавным методом.
На рис. 3.3 приведена динамика спектров ЯКР в зависимости от температуры отжига образцов InSe, предназначенных для изготовления гетерофотодиода на основе p-GaSe-n-InSe.
Рис. 3.3. Зависимость формы спектров ЯКР 1151п в ^е от температуры и длительности отжига в вакууме: а — 550оС, 4 часа; б — 100оС, 7 суток; в — последовательный отжиг по схеме - 400оС, 7 часов; 300оС, 1 час; 200оС, 1 час; 100оС, 1 час
Рис. 3.4. Спектр ЯКР 1151п в монокристаллическом образце ^е после длительного хранения при комнатной температуре (~ 5 лет)
Как видим, первоначальный спектр ЯКР является более неупорядоченный и отражает ситуацию в кристаллической решетке, скорее связанную с дефектами упаковки в системе политипов. Это проявляется в уши-рении линий и их хаотическом расположении (график «а»). Эксперимент показал, что наилучшие результаты получаются при пониженных температурах отжига (графики «б» и «в»). В этом случае качество спектров приближается к спектрам ЯКР в образцах, выдержанных длительное время при низкой (комнатной) температуре (18■22оС). В таких образцах наблюдается четкие мультиплетные группы линий, обусловленные упорядочением в системе политипов. Особо отметим, повторный отжиг слоистых кристаллов при повышенных температурах приводит к ухудшению спектральной формы ЯКР. На этом основании можно сделать вывод, именно низкотемпературный отжиг в слоистом кристалле снижает до минимума уровень различных дефектов, в том числе и структурных. Об этом свидетельствуют характеристики резонансных спектров ЯКР 6^а и 1151п (ширина и форма линий, мультиплет-ность), весьма чувствительных к распределению электрического поля в кристаллической решетке [11].
3.2. Фотоэлектрические свойства
На рис. 3.5 приведены темновые ВАХ гетерофото-диода p-GaSe-n-InSe в зависимости от температуры отжига.
10" 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8
Прямые ветки ВАХ отвечают подключению положительного полюса внешнего источника тока к электроду со стороны селенида галлия. Исследованные гетеропереходы обладали четко выраженными диодными характеристиками, о чем также свидетельствуют величины коэффициента выпрямления Квып (табл. 1). Сдвиг прямых веток ВАХ влево и рост крутизны с отжигом может свидетельствовать об уменьшении удельного сопротивления контактирующих полупроводников.
Таблица 1
Изменение электрических параметров структуры p-GaSe—n-InSe в зависимости от температуры отжига
Температура отжига, °С Квып(при 0,6 В) п ,1нас, А/см2 Ип, Ом Иш, Ом
без отжига 270 2,4 6,410-8 380 1,1106
150 120 2,1 6,810-7 300 6,0104
200 290 1,6 5,210-7 220 3,6104
250 580 1,9 2,410-7 520 1,4105
01
ил
здесь п - диодный коэффициент; - ток насыщения в прямом включении; Ип и - последовательное и шунтирующее сопротивления структуры.
Из приведенных характеристик гетерофотодиода видно, что изменения И.п и в результате отжига исходных образцов являются наиболее существенными. Одной из причин такого поведения сопротивления может быть уменьшение концентрации дефектов и их упорядочение в объеме InSe и GaSe, а также в прилегающих областях к границе перехода. Для более детального изучения процессов, которые происходят при отжиге в кристаллах была исследована частотная зависимость импеданса Z*= Z' - jZ", где Z' и Z" действительная и мнимая части соответственно. С этой целью для образцов InSe и GaSe были построены диаграммы Найквиста, вид которых (рис. 3.6, а, б) отвечает эквивалентной схеме с параллельным соединением И. и С (сопротивления и емкости соответственно). В диапазоне частот 10-1 ■ 104 Гц зависимость Z*(ю) соответствует значениям объемного сопротивления, а в диапазоне 105 ■ 106 Гц приближается к значению импеданса геометрической емкости образцов [12]. Отжиг слоистых кристаллов в зависимости от температуры процесса приводил к существенному уменьшению сопротивления вдоль оси с.
-811 -530 -40
й
о -300
N
-230 -100
0
0
Рис. 3.5. Темновые ВАХ гетерофотодиода p-GaSe—n-InSe в прямом и обратном направлениях при различных температурах отжига Т,°С: 1 — исходный образец, 2 - 150, 3 - 200, 4 - 250
Рис. 3.6. Диаграммы Найквиста для монокристаллов ^е (а) и GaSe (б) измеренные вдоль кристаллографической оси с при разных температурах отжига Т, °С: 1 — исходный образец, 2 - 150, 3 - 200, 4 - 250
5
4
3
2
Таким образом, для InSe изменение 70'/7" составило почти 7 раз при Т = 250°С. Для данной температуры импедансный спектр 7'-^') уже является суперпозицией двух релаксационных процессов, которые имеют место в селениде индия (рис. 3.6, а, кривая 4) и характеризуются разными временами релаксации т=ЯС. Для GaSe максимальное изменение активного сопротивления (на порядок) наблюдалось при Т=200°С (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Относительное изменение сопротивления вдоль кристаллографической оси с монокристаллов ^е и GaSe в зависимости от температуры отжига
Для выяснения механизма влияния температуры отжига на фотоэлектрические характеристики исследовалась спектральная зависимость квантовой эффективности фототока гетерофотодиода.
Спектральные зависимости фотоотклика р^а8е-n-InSe имеют вид полосы, ограниченной с двух сторон, что является характерным для спектров гетеропереходов (рис. 3.8). Длинноволновой край определялся поглощением света в InSe (Еg=1,24 эВ), а коротковолновой - в GaSe (Еg=2,0 эВ). Последний в данном случае играет роль "широкозонного окна". Малая толщина селенида галлия в сравнении с небольшим коэффициентом поглощения при Ьу < 2,0 эВ делает его практически прозрачным в этой области энергий.
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2
0
1,0 1,5
2,0 2,5
Ь^, эВ
3,0
Длинноволновая граница спектров фотоотклика характеризуется высоким значением крутизны спектральной характеристики S = Д(1п п')/ ДЬу , где п' представляет собой квантовую эффективность гетерофотодиода [14]. Из проведенных измерений видно, что крутизна преобразования S только улучшается с отжигом и ее максимум составляет 60 эВ-1 (табл. 2). Для всех образцов InSe при Ьу = 1,25 эВ наблюдается незначительный экс-итонный максимум, который связывается с упорядочением структурных дефектов в кристаллах [15].
С коротковолновой стороны резкое возрастание величины фототока при Ьу < 2,0 эВ связано с экситон-ным поглощением света в GaSe. Следует отметить, что в гетерофотодиоде p-GaSe-n-InSe была зафиксирована тонкая структура спектра: при энергии фотонов, которая отвечает поглощению экситона в GaSe, появляется минимум (показано стрелкой на рис. 3.8).
Никотемпературный отжиг приводит к увеличению квантовой эффективности фототока в области энергий фотонов Ьу > 2,0 эВ, что, фактически, означает расширение области спектральной чувствительности ДХ в коротковолновую часть спектра (табл. 2). Хотя, при максимальной температуре отжига ДХ становится наименьшей.
Таблица 2
Изменение фотоэлектрических параметров структуры p-GaSe—n-InSe в зависимости от температуры отжига
Температура отжига, °С Фотоэлектрические параметры
ихх, В ,1кз, мА/ 2 см2 (Х=0,98 мкм), мА/Вт (Х=0,98 мкм), В/Вт 81/2, эВ Хмакс, мкм ДХ, мкм 8, эВ-1
без отжига 630 5,2 130 7,8103 0,744 1,88 0,551,01 45
150 610 7,1 140 6,6103 0,746 1,94 0,381,01 50
200 500 7,4 155 5,1 ■ 103 0,751 1,82 0,381,01 60
250 490 6,4 180 5,0103 0,746 1,72 0,621,02 60
Рис. 3.8. Спектральная зависимость квантовой эффективности фототока гетерофотодиода p-GaSe—n-InSe при различных температурах отжига Т, °С: 1 - 0, 2 - 150, 3 - 200, 4 - 250
В первом приближении форма спектров фотоотклика определяется соотношением п0/р0, а именно концентрацией свободных электронов и дырок в базовых материалах. Видно, что с отжигом происходит перераспределение амплитуд низко- и высокоэнергетического краев в пользу первого за счет ослабления неравенства п0>р0 [13]. Этот результат не является неожиданностью, поскольку подтверждается характером изменения сопротивления базовых материалов с отжигом (рис. 3.7).
здесь: Хмакс - длина волны максимума спектральной чувствительности; ДХ - область спектральной чувствительности; 81/2 - ширина спектральной характеристики на ее полувысоте.
4. Обсуждение результатов
Отсутствие публикаций об отжиге селенидов индия и галлия в исследованном нами температурном интервале не дает возможность провести детальное сравнение полученных результатов с литературными данными. Особенно, это касается спектров ЯКР в моноселенидах индия и галлия, исследованных в процессе отжига исходных материалов для гетерофотодиодов. Несмотря на то, что метод ЯКР дает информацию о состоянии локального кристаллического поля преимущественно в объеме образца, а не вблизи границы перехода, тем не менее, по данным спектра можно прогнозировать состояние дефектов и вблизи области гетероперехода. На последнее
10
6
г, °с
указывает корреляция качества резонансных спектров 6^а, 1151п и позитивное изменение характеристик гете-роструктуры в результате низкотемпературного отжига.
Влияние высокотемпературного отжига на спектры люминисценции в GaSe изучалось в работе Гна-тенко Ю.П. и др. [16]. Было установлено, что наиболее интенсивные спектры наблюдаются после отжига при температурах 300 ■ 600оС (в течение 150 часов), что связывается кристаллическим совершенством образцов, за счет снижения числа собственных дефектов в сравнении с неотожженными.
Известно, что в отличие от GaSe, получение структурно совершенных монокристаллов InSe является достаточно проблематичной задачей, поэтому для получения более однородных кристаллов преимущественно их выращивают из нестехиометрического расплава. Особенностью слоистого соединения InSe является наличие большого числа структурных дефектов с малой энергией активации. В работе [17] были изучены экситонные спектры люминисценции в у - InSe, содержащем дефекты упаковки. Авторами установлено, что дополнительные линии в спектре фотолюминисценции обязаны дефектам упаковки типа двойникования. Последние могут рассматриваться как области кристалла, содержащие смесь политипов у- и е- модификаций. Важным результатом данной работы является доказательство существенного влияния внутренних напряжений и деформаций в кристалле на экситонные спектры. Это приводит к заключению, что ЯКР, ввиду локальности метода, может быть более эффективным способом контроля напряжений в кристалле по сравнению с экситонной спектроскопией. Особо заметим, для реализации достаточного разрешения спектров в последнем случае необходимы низкие температуры, в то время как в спектрах ЯКР тонкое разрешение спектров для политипных соединений GaSe и InSe реализуется при комнатных температурах (рис. 3.1-3.4). Высокое разрешение в спектрах ЯКР достигается за счет относительно больших квадрупольных взаимодействий ядер с локальными полями в кристаллической решетке. Даже незначительное отклонение во взаимодействии становится различимым на частотной шкале в несколько сот килогерц при дипольной ширине линии порядка 1 кГц.
Явное разупорядочение линий наблюдается для неотожженного образца полученного после выращивания слитка из расплава. Форма спектров резко улучшается при низких температурах отжига, включая самоотжиг при комнатных температурах. Число компонент в спектре сокращается, уменьшается ширина линий, обнаруживаются закономерности в их расположении. Этим подтверждается факт, что повышение температуры отжига слоистого кристалла сопровождается термическим разупорядочением в системе политипов и появлением дополнительных дефектов. Однако отжиг при низких температурах или длительное хранение ранее отожженных образцов при комнатной температуре приводит установлению нового термодинамического равновесного состояния и, как правило, к упрощению политипной структуры [18]. Спектры ЯКР в образцах GaSe и InSe после длительного хранения при комнатной температуре показаны на рис. 3.2 и 3.4.
Надо полагать, что упорядочение политипной структуры и сокращение числа структурных дефектов в объеме исходных материалах для гетерофотодиода
не является единственной причиной улучшения его характеристик при низкотемпературном отжиге.
Например, С. Шигетоми и др. [19] изучали поведение электрических характеристик монокристаллов n-InSe для значительно высших температур отжига 350 ■ 450°С. Время отжига составляло 3 часа и был отмечен рост концентрации носителей п с увеличением температуры отжига. Авторы работ [20,21] показали, что отжиг в вакууме (300°С) как нелегированных так и легированных кристаллов, приводит к возрастанию интенсивности полосы поглощения, обусловленной 1п центрами, которые действуют как мелкие доноры. Источниками же последних являются атомы сверхстехиометрического индия сосредоточенного в межслоевых плоскостях, откуда они диффундируют при нагревании [22]. В результате этого избыточный индий проявляет себя в объеме кристалла в качестве междоузельных атомов либо сосредотачиваются вблизи разного рода дефектов [23].
В другой работе [24], посвященной высокотемпературному отжигу (600 ■ 800°С в течении одного часа) кристаллов GaSe, зафиксировано образование акцепторного уровня с энергией 0,45 эВ, которые авторы связывали с дислокациями либо дефектами упаковки. Более того, результаты рентгеновских исследований указывали на увеличение плотности атомов Se в межслоевом пространстве и возрастания вакансий халько-гена с отжигом.
За счет особенности строения слоистых кристаллов, а именно анизотропии химической связи - молекулярной вдоль оси с и ковалентной в направлении перпендикулярном оси с, их можно рассматривать пространственно-неоднородными полупроводниками, которые состоят с низкоомной матрицы (области, где локализованы междоузельные атомы) с высокоомны-ми включениями (вакансии металла и халькогена). Все это способствуют образованию на границе указанных областей потенциальных барьеров рекомбина-ционного и дрейфового характера, что в свою очередь приводит к уменьшению длины диффузии носителей заряда. В этом случае образец можно представить как систему с последовательно соединенных проводников с различным сопротивлением.
Таким образом, обосновываясь на этих результатах, можно предположить, что в результате низкотемпературного термического отжига в селениде индия происходит значительное увеличение концентрации донорных центров 1щ, что способствует понижению удельного сопротивления полупроводника. Возрастание фототока прямо связано с уменьшением последовательного сопротивления гетероперехода, а именно непосредственно с изменением параметров контактирующих полупроводников (табл. 1), а улучшение основных параметров гетероструктур наблюдается при температурах отжига исходных материалов 150 ^200°С.
Выводы
1. Впервые исследовано влияние отжига на спектры ЯКР 6^а и 1151п в слоистых монокристаллах GaSe и InSe и показано, что с понижением температуры отжига вплоть до комнатной качество образцов улучшается за счет уменьшения дефектности кристалла и упоря-
уз
дочения в системе политипов. Отжиг образов сопровождается уменьшением объемного сопротивления.
2. Изучено влияние низкотемпературного отжига на электрические и фотоэлектрические свойства ани-зотипного гетероконтакта р-Оа8е-п-1п8е, изготовленного методом посадки на оптический контакт. Определены температурные режимы термообработки при которых происходит улучшение основных параметров гетерофотодиода: 150 ■ 200°С.
3. Отжиг фотодиодов р-Оа8е-п-1п8е приводит к сдвигу прямых веток ВАХ влево и возрастанию крутизны, что свидетельствует об уменьшении удельного сопротивления контактирующих полупроводников. В результате исследований частотных зависимостей импеданса кристаллов селенидов индия и галлия, показано, что отжиг приводит к существенному уменьшению импеданса вдоль оси с.
4. Спектральные зависимости фотоотклика р-Оа8е-п-1п8е имеют вид полосы, ограниченной с двух сторон, что является характерным для спектров гетеропереходов. С отжигом происходит перераспределение амплитуд низко- и высокоэнергетических краев спектров фотоотклика в пользу первого. Этот результат подтверждается характером изменения сопротивления базовых материалов.
5. Для гетерофотодиода р-Оа8е-п-1п8е получены высокие значения фотоэлектрических параметров насыщения: ихх = 0,63 В и ,]кз = 5,2 мА/см2. С отжигом наблюдается позитивная тенденция по возрастанию тока короткого замыкания _}кз. Для температуры отжига 200°С рост ]кз составил 42%. Напряжение холостого хода ихх при этом снижалось на 21%. Увеличились монохроматическая ампер-ватная 81 и уменьшалась вольт-ватная чувствительности 8и.
Литература
1. Segura A., Guesdon J.P., Besson J.M., Chevy A. Photoconductivity and photovoltaic effect in indium selenide // J. Appl. Phys. - 1983. - Vol.54, No.2. - P.876-888.
2. Кязым-заде А.Г., Агаева А.А., Салманов В.М., Мохтари
A.Г. Детекторы оптического излучения на основе слоистых кристаллов GaSe и InSe //ЖТФ. - 2007. - Т.77, №12. - С.80-82.
3. Ковалюк З.Д., Политанская О.А., Литовченко П.Г., Ластовецкий В.Ф., Литовченко О.П., Дубовой В.К., По-ливцев Л.А. Влияние нейтронного облучения на фотоэлектрические параметры структур p-n-InSe // Письма в ЖТФ. - 2007. - Т.33, №18. - С.14-22.
4. А.с. 631014 СССР, МКИ3 Н 01L 21/46. Способ изготовления p-n и гетероперходов / Бакуменко В.Л., Чишко
B.Ф. (СССР). - №2367947; Заявлено 02.06.1976; Опубл. 15.05.1982, Бюл. № 18.
5. Бакуменко В.Л., Ковалюк З.Д., Курбатов Л.Н., Тагаев В.Г., Чишко В.Ф. Исследование гетеропереходов InSe-GaSe, приготовленных посадкой на оптический контакт. I. Электрические характеристики неосвещенных переходов // ФТП. - 1980. - Т.14, №6. - С.1115-1119.
6. Blasi C., Manno D., Mongelli S. The stacking of polytypes in InSe crystals // Phys. stat. sol. (a). - 1985. - Vol.90, No.1. - K5-K6.
7. Z.S. Basinski, D.B. Dove, and E. Mooser. Relationship between structures and dislocation in GaS and GaSe. Helv. Phys. Acta. 34 (1961) 373-378.
8. Гречишкин В.С. Ядерные квадрупольные взаимодействия в твердых телах.-М.: Наука, 1973.-263 с.
9. Bastow T.J., Cambell I.D., Whitfeld H.J. A 69Ga, 115In NQR study of polytypes of GaS, GaSe and InSe //Sol. St. Com. V. 39, 307-311 (1981).
10. О.Г. Хандожко, Г.1. Лас^вка, З.Д. Ковалюк. ЯМР i ЯКР в штеркальованш сполущ GaSe:Li// Сенсорна електро-шка та мшросистемш технологи'. м. Одеса. Вип. 4. 2008р. С.41-47.
11. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы.-М.: Высшая школа, 1989.- 288 с.
12. А.П. Бахтинов, В.Н. Водопьянов, З.Д. Ковалюк, В.В. Нетяга, О .С. Литвин Электрические свойства гибридных структур (ферромагнитный металл)-(слоистый полупроводник) Ni/p-GaSe Физика и техника полупроводников, 2010, том 44, вып. 2, 180-193.
13. Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы: Пер. с англ. - М.: Советское радио, 1979. - 230 с.
14. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х кн. Кн. 1. - М.: Мир, 1984. - 456 с.
15. B. Abay, H.S. Guder, H. Efeoglu, Y.K. Yogurtcu J. Phys. D: Appl. Phys., 1999, 32, No 22, P. 2942. B.Gurbulak. Solid State Communication. 1999, 109, P. 665.
16. Мозоль П.Е., Скубенко Н.А., Скубенко П.А., Гнатенко Ю.П., Сальков Е.А., Ковалюк З.Д. Влияние лазерного облучения на низкотемпературные спектры фотопроводимости и фотолюминесценции селенида галлия // ФТП. - 1988. - Т.22, №9. - С.1595-1600.
17. Ю. П. Гнатенко, Ю.1. Жирко Мехашзми температурного росту штегрально!' штенсивност екситонно!' смуги по-глинання шаруватих кристалiв InSe. УФЖ. -1999. Т.44, №1. - С.487-492.
18. Бродин М.С., Блонский И.Б. Экситонные процессы в слоистых кристаллах. Киев: Наукова думка, 256 (1986).
19. S.SHIGEToMI, T.IKARI, Y.KOGA, and S.SHIGEToMI. Annealing Behavior of Electrical Properties of n-InSe Single Crystals // phys. stat. sol. (a) 86, K69-K71 (1984)
20. Martinez-Pastor J., Segura A., Julien C., Chevy A. Investigation of shallow donor impurities in indium selenide by means of far infrered spectroscopy // Phys. Rev. B. - 1992.
- Vol.46, No.8. - P.4607-4616.
21. Martinez-Pastor J., Segura A., Chevy A. High temperature behavior of impurities and dimensionality of the charge transport in not purposely doped and tin doped indium selenide // J. Appl. Phys. - 1993. - Vol.74, No.5. - P.3231-3237.
22. Houdy P, Maurice J.L., Besson J.M., Lava J.Y., Chevy A., Gorochov. Two-dimensional defects in InSe // J. Appl. Phys.
- 1987. - Vol.61, No.12. - P.5267-5271.
23. Kuroda N., Nishina Y. Interlationship between bond ionicity and lattice instability of III-VI layer compounds // J. Phys. Soc. Jap. - 1981. - 50, № 9. - P. 2969-2977.
24. S. Shigetomi, T. Ikari, and N. Nishmura Annealing Behavior of Layered Semiconductor p-GaSе Single Crystal phys. stat. sol. (a) 185, No. 2, 341 -348 (2001).
