1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 33
Текст из файла (страница 33)
При химическом осаждении 1пР из паровой фазы образуются поликристаллические пленки с разориентпрованной структурой [77]. Пленки !пР, нанесенные на подложки из углерода, состоят нз более крупных зерен, чем пленки, выращиваемые на молибденовых подложках, хотя в обоих случаях размер зерен сравним с диффузионной длиной носителей в 1пР ( ( ! мкм). В работе Сайго н др. [79) показано, что структурные свойства пленок п-!пР, полученных на молибденовых подложках методом химического осаждения из паровой фазы, меняются в зависимости от температуры и продолжительности осаждения и не зависят от концентрации реакционноспособного газа. Пленки п-1пР, получаемые на подложках, нагретых до 600'С, имеют столбчатую структуру с преимущественной ориентацией зерен относительно направления < 110> . При температуре подложки ниже 550 'С илн при толщине пленки менее 5 мкм зерна ориентированы случайным образом.
Пленки р-типа, независимо от условий осаждения, состоят из разориентированных зерен. Прн увеличении концентрации легирующей примеси (Хп) наблюдается тенденция к образованию нитевидных кристаллов 1пР. Легированные бериллием пленки 1пР толщиной — 1 мкм, получаемые при температуре 280'С методом планарного реактивного осаждения [8!) на поверхности рекристаллизованных пленок Сг(8, имеют совершенную эпитаксиальную структуру, а размер зерен 1пР в продольном направлении (-40 мкм) совпадает с размером зерен подложки.
При температуре подложки 380'С эпитаксиальная структура является несовершен. ной вследствие образования промежуточного слоя !пСс(5. 155 Физические свойстве тонких пленок нов менее 10" см-' характерно увеличение их подвижности одновременно с повышением концентрации.
Значительное влияние на подвижность носителей оказывают сравнительно небольшие потенциальные барьеры в пленке, появление которых вызвано ее структурными несовершенствами. В эпитаксиальных пленках 1пР, получаемых на подложках из фосфида индия, легированного железом, концентрация электронов превышает 1О'в см '. Согласно результатам измерений, при температурах 77 и 296 К подвижность электронов в пленках!пР, нанесенных на подложки из ОаАз, легированного хромом, равна соответственно 10500 и 3100 смг!(В с), а в пленках, осажденных на подложки из !пР, легированного железом,— 16600 и 3540 смг/(В с).
Наличие в пленках р-!пР, получаемых вакуумным испарением [80), температурной зависимости подвижности носителей (показаиной на рис. 3.12) свидетельствует об их рассеянии границами зерен. Установлено, что высота барьера на границах зерен составляет 0,04 эВ. Энергия активации, определенная из температурной зависимости концентрации носителей, равна 0,19 эВ. Бахман и др.[77) методом химического осаждения из паровой фазы вырагцивали на подложках из !пР, легированного железом, эпитаксиальные слои !пР с примесью цинка, имеюцгие удельное сопротивление 0,07 ОмХ Хсм при концентрации дырок 9 10'т см ' и их подвижности 97 смг/(В с). Сэйто и др. [79) сообщали о существовании проводимости и-типа в нелегировапных поликристаллическпх пленках 1пР, получаемых методом химического осаждения из паровой фазы, у которых в зависимости от температуры осаждения концентрация электронов изменяется от 10" до 1О" см в (при повышении температуры концентрация носителей увеличивается).
Как показали измерения, подвижность электронов в этих пленках приблизительно равна 10 смг/(В с), а удельное сопротивление пленок составляет 10...100 Ом см. Электрические свойства пленок !пР, легированных серой, находятся в сильной зависимости от условий процесса осаждения и концентрации примеси.
Пленки р-1пР, легированные цинком, имеют удельное сопротивление 18 Ом см, которому соответствуют концентрация дырок 4,6 1О" см г и их подвижность 7,5 смг!(В с). Оценочные расчеты показали, что в пленках р-типа диффузионная длина электронов составляет около 0,2 мкм. 3.2.5 Фосфид цинка (ХпгРг) Для нанесения тонких пленок ХпгРг на различные подложки успешно применяются вакуумное испарение [82, 83], химическое. осаждение из паровой фазы [68[, а также метод газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме [84). 156 Глава 3 3.2,5.1 Структурные свойства В массивных образцах Хп,Р, элементарная ячейка кристаллической решетки соответствует тетрагональной сингонии и имеет параметры а=Ь=0,8097 нм и с=]Г2а=1,145 нм.
На свойства пленок, получаемых вакуумным испарением, значительное влияние оказывает температура подложки и менее существенное — температура испарителя [83]. При увеличении температуры подложки до 200 'С и выше образуются пленки с более упорядоченной ориентацией зерен. Степень их ориентации, определяемая отношением площадей, заключенных на рентгенограммах под дифракционными пиками, соответствующими направлениям <004> н <400>, повышается при увеличении толщины пленки. Для пленок толщиной более 10 мкм характерна очень высокая степень ориентации зерен относительно базисной плоскости.
Размер зерен в пленках составляет 1...2 мкм, а глубина поверхностного рельефа увеличивается при возрастании толщины пленки. Структурные особенности пленок ХпвРм осаждаемых газотранспортным методом в квазизамкнутом объеме [84] в атмосфере Аг и Нм зависят в основном от степени загрязнения аргона кислородом. Установлено, что в атмосфере водорода скорость роста пленки выше, чем в аргоне. 3.2.5.2 Электрические свойства Пленки ХпвРм получаемые методом вакуумного испарения, при оптимальных условиях осаждения обладают удельным сопротивлением порядка 105 Ом ° см.
Прн повышении степени ориентации зерен удельное сопротивление уменьшается [83]. Пленки имеют проводимость р-типа, причем подвижность дырок составляет 10...40 см'/(В с). В результате отжига прп температуре не ниже 250 'С и соответствующих парциальных давлениях паров 7п и Р удельное сопротивление пленок может понижаться с 1О' до 10 Ом.см [82]. Энергия активации проводимости пленок 7пзРм выращиваемых методом газотранспортного осаждения в квазизамкнутом объеме [84], составляет О,11 эВ при повышенных температурах и 0,04 эВ при пониженных температурах. Пленки, получаемые при 600 'С методом химического осаждения из паровой фазы [68], при комнатной температуре имеют удельное сопротивление 200...400 Ом см, подвижность дырок 10...12 см'/(В с) н эффективную диффузионную длину дырок внутри зерен около 0,5 мкм. Для сравнения: диффузионная длина дырок в монокристаллическом фосфиде цинка, рассчитанная по измеренной спектральной зависимости фоточувствительности, заключена в интервале 5...10 мкм [85].
Физические свойстве тонких пленок 3,2.5,3 Оптические свойства 2 0,7 09 6~ Х, мкч 3.2.6 Арсенид галлия (ПаАз) Тонкие пленки СтаАз, предназначенные для изготовления солнечных элементов, получают в основном методами химического осаждения из паров металлорганических соединений [86 — 89] и химического осаждения нз паровон фазы [90 — 94], хотя осуществляют также ионное распыление [95], молекулярно- лучевую [96, 97] и газовую [98] эпитаксип. Пленки сплавов на основе ПаАз, таких, как ПаА1Аз, ПаА3Р и Па1пАз, выращивают различными методами, в том числе химическим осаждением из паровой фазы [94], химическим осаждением из паров металлорганическнх соединений [99 — 101], а также методами молекулярно-лучевой [96, 97, 102, 103], газовой [103, 104] и жидкофазной [103, 105] эпитаксий. 3.2.0.1 Структурные свойства Чу и др.
[93] сообщали, что при определенных условиях осаждения СаАз химическим методом из паровой фазы на вольфрамовые подложки, покрытые слоем графита, могут быть получены сплошные пленки толщиной менее 2 мкм. Параметры процесса осаждения, в частности температура подложки, состав и скорость потоков химически активных газов, а также концентрация хлористого водорода у поверхности подложки, оказывают существенное влияние на микроструктуру пленок.
Присутствие хлористого водорода способствует уменьшению Вблизи края поглощения массивных кристаллов ХпзР2 завис- а симость коэффициента поглощения (при его значениях менее !500 см ') от энергии излучения имеет экспоненциальную форму. 0' 3 В тонких пленках при аналогичных значениях коэффициента поглощения указанная зависимость 0 также является экспоненциальной, однако коэффициент погло- 1ЦЕНИЯ ИЗМЕНЯЕТСЯ бОЛЕЕ ПЛаВНО. Рнс 333. Спехтрзлнныс ззниси- ФсйГЕН [83] ВЫСКаЗаЛ ПРЕДПОЛО- мости оптических постоннных и жение, что пРи более высоких и й пленок Уп,рт 133 !. значениях коэффициента поглощения оптические переходы, вероятно, являются прямыми и ширина запрещенной зоны примерно равна 1,6 эВ.
Согласно расчетам, показатель преломления пленок в ближней инфра- срасной области составляет 3,3260,1 (см. рис, 3.13). Глава 3 158 скорости зародышеобразования, росту более крупных кристаллов и насыщению химических связей на границах зерен. Средний размер зерен возрастает по мере увеличения толщины пленки ОаАь и составляет около 10 мкм при ее толщине 20...25 мкм и около 5 мкм при толщине 8...10 мкм. В пленках, осаждаемых химическим методом из паровой фазы на сильно нагретые подложки, преимущественной ориентации зерен не наблюдается. Г1ри низком молярном соотношении арсина и хлористого водорода (равном 0,5...!) повышение температуры подложки способствует формированию более крупных зерен.
Их средний размер достигает максимального значения при 750...775 'С и уменьшается при дальнейшем возрастании температуры. Г!ри высоком молярном соотношении арсина и хлористого водорода (равном, например, 2) средний размер зерен не зависит от температуры подложки в интервале 725...775 'С и уменьшается при более высоких температурах. Если температура подложки равна 725...750 'С, то увеличение концентрации арсина в реакционноспособной смеси приводит к укрупнению зерен. Для пленок баЛь, осаждаемых на слабо нагретые подложки, прн низкой концентрации арсина характерна ярко выраженная преимущественная ориентация зерен относительно направления ( 11О>, а при высокой концентрации арсина — относительно направления ( 111 > [92).
При использовании метода химического осаждения из паров металлорганических соединений Вернон и др. [88) получили пленки ОаАь толщиной 5 мкм, размер зерен которых после рекристаллизации в потоке арсина достигал 0,2...0,5 мм. 3.2.6.2 Электрические свойства Пленки ОаАь, осаждаемые на покрытые слоем вольфрама графитовые подложки химическим методом из паровой фазы и не содержащие специально введенной легирующей примеси [94[, имеют проводимость п-тнпа и концентрацию носителей 5 ° 10"...10'т см-в. В легированных пленках (при использовании Нв8 в качестве источника примеси) концентрация носителей повышается до 2 1О"...5 10" см-'. При температуре осаждения 750 'С концентрация носителей в пленках ОаАь по существу не зависит от состава химически активной смеси [92[. Однако при более высоких температурах концентрация носителей уменьшается в случае возрастания молярного соотношения арсина и хлористого водорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
