УДК 621.315.692

          На подложках BaF₂ (111, 100), методом конденсации молекулярных пучков были выращены эпитаксиальные пленки Pb_1-xSn_xSe (х = 0,03 - 0,07) легированных In. Исследованы особенности их роста и электрофизические свойства. Сведения о структуре пленок были получены электроно-графическим, рентгенодифрактометрическим и электронно- микроскопическим методами. Эпитаксиальные пленки толщиной 1-1,5 мкм получались при температуре подложек (400 - 450) ± 0,5°С. Значения полуширины кривого качания рентгеновской дифракции изменялись в пределах W_1/2= 100-200". Концентрация и подвижность носителей заряда соответственно составляли: n = (2-5)·10¹⁶ см^-3; m = (2-3)·10⁴ см²/В·с. Пленки имели зеркально-гладкую поверхность с плоскостями роста (111, 100) на различных подложках. Исследованы температурные зависимости постоянной Холла и подвижности носителей заряда эпитаксиальных пленок Pb_1-xSn_xSe легированных In (0,3-0,5 мас. %). Показано, что подвижность, определенная из измерений эффекта Холла и электропроводности в области примесной проводимости, изменяется по степенному закону m ~Т^-n, где n = 1,6-2,5.

          Твердые растворы Pb_1-xSn_xSe являются перспективным материалом для оптоэлектроники.
          Эпитаксиальные пленки этих материалов используются в оптоэлектронике и нашли широкое применение в спектральном диапазоне 8-12 мкм в качестве фотодиодов с барьером Шоттки [1]. Однако о фотопроводимости монокристаллов или эпитаксиальных пленок твердых растворов Pb_1-xSn_xSe до настоящего времени не сообщалось, что, по-видимому, связано с отсутствием материалов с пониженной концентрацией (< 10¹⁶ см^-3). В ряде работ [2, 3] исследовались монокристаллы и эпитаксиальные пленки Pb_1-xSn_xSe, в которых имеются данные по их электрофизическим и фотоэлектрическим свойствам. Однако характер механизмов рассеяния носителей тока в этих материалах окончательно не выяснен. В настоящей работе исследованы особенности роста и электрофизические свойства эпитаксиальных пленок Pb_1-xSn_xSe (х = 0,03-0,07) легированных In с различными степенями компенсации. В качестве подложек использовались свежесколотые грани и полированные пластины BaF₂ (111, 100).
          Пленки выращивались методом конденсации молекулярных пучков из заранее синтезированных твердых растворов Pb_1-xSn_xSe легированных In.
          Сведения о структуре пленок были получены электроно-графическим, рентгенодифрактометрическим и электронно-микроскопическим методами.
          Структурно-совершенные пленки толщиной 1-1,5 мкм получались при температуре подложек (400-450) ± 0,5°С. Значения полуширины кривого качания рентгеновской дифракции сильно зависели от структурного совершенства поверхности подложек и изменялись в пределах W_1/2 = 100-200". Концентрация и подвижность носителей заряда, соответственно, составляли: n = (2-5)·10¹⁶ см^-3; m = (2-3)·10⁴ см²/В·с. Пленки имели зеркально-гладкую поверхность с плоскостями роста (111, 100) на различных подложках.
          Исследованы температурные зависимости постоянной Холла эпитаксиальных пленок Pb_1-xSn_xSe легированных In (0,3-0,5 мас. %) с различными концентрациями носителей тока (рис. 1).

          В области примесной проводимости R_x слабо зависит от температуры (5-7 %) в интервале от самых низких температур до 200-250 К. Такая зависимость, наблюдаемая до температур, при которых появляются в заметном количестве неосновные носители, указывает на отсутствие зависимости концентрации носителей тока от Т. Концентрация носителей тока в этой области температур определяется концентрацией ионизационных примесей и собственных дефектов. С повышением температуры при > 250 К наблюдается уменьшение R_x, что связано с увеличением концентрации носителей тока и переходом к смешанной, а затем и к собственной проводимости.
          У зависимости lgR_x (1/Т) имеются различные наклоны 77-130 К - область примесной проводимости, 150-250 К - область смешанной проводимости.
          Используя приближения R ~ exp (DЕ/2КТ), оценивалась глубина залегания примесных состояний. Произведенная оценка показывает, что примесные донорные уровни находятся на глубине ~0,02-0,03 эВ ниже дна зоны проводимости. На рис. 2 представлены температурные зависимости m = R_хs для исследованной группы легированных и нелегированных эпитаксиальных пленок Pb_1-xSn_xSe (х = 0,07). Анализ экспериментальных кривых m_х(Т) показывает, что подвижность в Pb_1-xSn_xSe, определенная из измерений эффекта Холла и электропроводности в области примесей проводимости, изменяется по степенному закону m ~Т^-n, где -n = 1,6-2,5. Как видно из рисунка, область температур, при которых наблюдается степенная зависимость при низких концентрациях носителей, начинается с температур порядка 100 К, а при высоких концентрациях с более высоких температур, величина n убывает с ростом концентрации. Температурная зависимость подвижности в Pb_1-xSn_xSe при Т < 100 К объясняется рассеянием на ионизованных примесях, а при Т > 100 К в области примесной проводимости на длинноволновых акустических фононах. Отличие от закона m ~ Т ^-3/2, характерного для акустического рассеяния, связано с тем, что в этих указанных полупроводниках сама эффективная масса изменяется с температурой вследствие изменения ширины запрещенной зоны и энергии носителей. В этом случае теория дает: m ~ m^*-5/2Т ^-3/2. Первый сомножитель приблизительно обратно пропорционален температуре, если температурное изменение эффективной массы имеет величину ~Т^0,45. В результате получается наблюдаемая нами температурная зависимость m ~ Т^-n, где -n = 1,8-2,2. При достаточно больших концентрациях носителей (n > (5-6)·10¹⁶ cм^-3) статистическое состояние электронов и дырок вырождено. В этом случае теория дает результат: m ~ m^*-2Т^-1 и температурная зависимость подвижности объясняется рассеянием носителей на ионизованных примесях и собственных дефектах решетки.

          Л и т е р а т у р а

          1. С и з о в Ф. Ф. Твердые растворы халькогенида свинца и олова и фотоприемники на их основе//Зарубежная электронная техника (ЗЭТ). 1977. Т 24. С. 3-48./
          2. К а й д а н о в В. И., Н е м о в С. А., Р а в и ч Ю. И. Самокомпенсация электрически активных примесей собственными дефектами в полупроводниках типа А^IVВ^VI//ФТП. 1994. Т. 28. Вып. 3. С. 269-393.
          3. А л е к с е е в а Г. Т., Г у р и е в а Е. А., К о н с т а н т и н о в П. П. и др. К вопросу об ионизации изоэлектронной примеси олова в разбавленном твердом растворе Pb_1-xSn_xSe:Na//Там же. Т. 29. Вып. 8. С. 1388.

          Films of Pb_1-xSn_xSe (x = 0,03-0,7) doped by In atoms have been grown on the substrated of BaF₂ (111, 100) by a molecular beam condensation method. Peculiarities of growth and their electrophysical properties have been investigated. The data on structure of films were obtained by electronographic, X-ray diffractometric and electron-microscopic methods. Epitaxial films by the thickness about 1-1,5 mm werw obtained at the substrate temperature equal (400-450)± 0,5°C. The magnitudes of half-width of swinging curve of the X-ray diffraction changed within limits of W_1/2 = 100-200". The concentration and mobility of the charge carriers were n = (2-5)·10¹⁶ cm^-3 and m = (2-3)·10⁴ cm²/V·s, accordingly. Films had a mirror-smooth surface by planes of growth (111, 100) on various substrates. The temperature dependences of a Hall coefficient R_н of the Pb_1-xSn_xSe doped by indium (0,3-0.5 mas. %) with different concentation of the charge carries werw investigated. In is shown that mobility determined from Hall and electroconductivity measurements in the impurity conductivity region changes on degree-low m ~ T^-n, where n = 1,6-2,5.

Содержание журнала "Прикладная физика" N 3, 1999 г.