Разупорядочение кристаллической решетки и точечные дефекты в слоях HgCdTe, выращенных методом МЛЭ на подложках Si и GaAs

Твердые растворы HgCdTe являются важным материалом для изготовления фотоприемников,работающих в инфракрасной области спектра. В силу существенной ионности химических связей,для HgCdTe характерно значительная плотность дефектов кристаллической решетки, – в том числе,протяженных, связанных с разупорядочением твердого раствора (см., например, [1]), а такжеточечных. Концентрация подобных дефектов может возрастать в материале, выращенномнеравновесными методами, включая широко используемый метод молекулярно-лучевой эпитаксии(МЛЭ). Причины возникновения дефектов, параметры процесса изготовления материала, влияющиена их концентрацию, и возможность снижения этой концентрации пост-ростовой обработкой до сихпор остаются предметом исследований и дискуссий.Нами были проведены исследования макроскопических дефектов, связанных с разупорядочениемкристаллической решетки, а также точечных дефектов, в гетероэпитаксиальных слоях твердыхрастворов HgCdTe, выращенных МЛЭ на подложках GaAs и Si. Исследования проводились методамифотолюминесценции (ФЛ) и оптического пропускания (ОП). Для исследований были выбраныобразцы Hg1-xCdxTe с составами (мольной долей CdTe) фоточувствительной областигетероэпитаксиальных структур x=0.35–0.40, актуальными для создания фотоприемников,работающих в диапазоне длин волн 3-4 мкм. Образцы были выращены в Институте физикиполупроводников им. А.В. Ржанова (Новосибирск, Россия) с буферными слоями ZnTe и CdTe. Общаятолщина гетероэпитаксиальных слоев составляла от 5 до 9 мкм. Сигнал ФЛ возбуждалсяполупроводниковым лазером с длиной волны 1.03 мкм и регистрировался охлаждаемымфотоприемником на основе InSb. Спектры ФЛ записывались с использованием решеточногомонохроматора в диапазоне температур 4.2–300 K. Спектры ОП записывались при температуре 300 Kс использованием FTIR-спектрометра Shimadzu 8400.Непосредственно после выращивания часть исследованных образцов продемонстрировалазначительную степень разупорядочения твердого раствора. Это выражалось в существенном отличииположения края ОП и максимума спектра ФЛ от значений, которых можно было бы ожидать, исходяиз номинального химического состава исследуемого материала, а также в аномально большомзначении полуширины (ширины на половине высоты) линии межзонной (экситонной) ФЛ. Однакопосле термических отжигов, проведенных в диапазоне температур 260–300 0C в течение 2–6 ч ватмосфере гелия при малом (10-5ат) давлении паров ртути, оптические свойства этих образцовоказались близки к таковым, характерным для отожженных образцов, не выказывавших аномальногоразупорядочения после выращивания, а также для образцов, выращенных равновесным методом –жидкофазной эпитаксией. В работе будет проанализирована возможная связь наблюдавшихсяэффектов с различными типами дефектов, характерными для твердых растворов HgCdTe,выращенных методом МЛЭ (в частности, с так называемыми V-дефектами [2]), и причиныспособности этих твердых растворов к «восстановлению» дальнего порядка кристаллическойструктуры в результате различных видов термических отжигов. Также будут рассмотрены вероятныепричины формирования в слоях, выращенных на подложках из Si, точечных дефектов, ответственныхза формирование акцепторных состояний, глубина залегания которых может колебаться в пределахот 10 до 90 мэВ при отсчете от потолка валентной зоны. В частности, будет рассмотрена возможнаясвязь подобных дефектов со структурными дефектами, формирующимися в гетероэпитаксиальныхкомпозициях со значительным рассогласованием параметров кристаллической решеткисоставляющих композицию слоёв.