Таким чином, досліджено вплив процесів легування киснем плівок ZnS:Mn шляхом термообробки їх у радикалах кисню на люмінесцентні, електрофізичні й фотоелектричні характеристики МДПДМ структур метал-діелектрик-напівпровідник-діелектрик-метал на основі цих плівок. Виявлено зміни в характеристиках таких структур, що свідчать про утворення на поверхні плівки тонкого шару ZnO, а під ним шару ZnS_1-хO_х з малим значенням х.

Крім того, показана також можливість отримання різних кольорів випромінювання одного й того ж самого люмінесцентного шару ZnS:Mn, обробленого в потоці атомарної сірки, який містить не один, а декілька центрів випромінювання різного типу: перший з максимумом -2,16 еВ (за який відповідає комплекс іону марганцю та вакансії сірки [Mn ²⁺ V_S]); та другий - 2,75 еВ (який пов`язують з переходом електрона із зони провідності на рівень ізольованих вакансій цинку V<sub>Zn</sub>). При цьому зміна умов збудження елетролюмінесценції призводить до зміни кольору випромінювання звичайної п`ятишарової структури (від синього до жовтого).

фотолюмінесцентний нанопоруватий монокристалічний гетероструктура

ВИСНОВКИ

Створення випромінювальних та фотоприймальних приладів видимого та ультрафіолетового діапазонів є однією з актуальних проблем сучасної оптоелектроніки. Вирішення цієї проблеми вимагає пошуку та розробки нових технологічних процесів, пошуку шляхів її оптимізації, вивчення та аналізу випромінювальних та безвипромінювальних процесів рекомбінації в широкозонних матеріалах на основі сполук А³B⁵ та А²B⁶ , дослідження та узагальнення структурних та морфологічних перетворень в епітаксійних плівках та гетерострутурах на їх основі.

Нижче сформульовано найбільш важливі результати узагальнюючого характеру, які вперше отримано в дисертації.

1. Проведено аналітико-чисельне моделювання процесів росту тонких епітаксійних плівок GaN при нітридизації монокристалічних підкладок GaAs та отримано й проаналізовано профілі розподілу атомів основних хімічних елементів, що входять до складу сполук епітаксійних плівок GaN та підкладки GaAs.

2. Проаналізовано термодинаміку фізико-хімічної взаємодії на міжфазних межах гетеросистеми „GaAs-атомарний азот” при нітридизації GaAs, визначено термодинамічні умови створення стабільних плівок GaN, а також визначено умови існування бінарного розрізу GaAs-GaN.

3. Детально експериментально досліджено та проаналізовано фізико-технологічні процеси нітридизації монокристалічного GaAs та виявлено створення потрійної сполуки GaAs_xN_1-x за температури нітридизації до 773 К; установлено, що за температури нітридизації більше 773 К відбувається повне заміщення атомів миш'яку збудженими атомами азоту, які надходять із газової фази, й у поверхневій області утворюється тонка плівка GaN.

4. Отримано нанопоруваті шари GaAs n- і p-типу провідності та проведено оцінку розмірів (5-10 нм) їх нанокристалітів. Встановлено, що спектр ФЛ характеризується смугою у видимій частині спектра з максимумом в області 1,85-2,1 еВ, яка пов'язана із квантоворозмірним ефектом у нанокристалітах поруватого GaAs і смугою в інфрачервоній області з максимумом 1,38 еВ тільки для зразків GaAs р-типу.

5. З використанням методів раманівської спектроскопії, низькотемпературної фотолюмінесценції, рентгено-дифрактометричних досліджень виявлено та вивчено залежності механічних напружень у плівках GaN від морфології поруватої підкладки GaAs. Експериментально доведено, що мінімальні напруження й дзеркальну поверхню мають плівки GaN, отримані на нанопоруватих підкладках GaAs з розміром кристалітів 20 нм.

6. Експериментально встановлено зв`язок типу кристалічної гратки GaN з кристалографічною орієнтацією поруватої підкладки GaAs, зокрема показано, що плівки GaN кубічної сингонії формуються на поруватих (001)-підкладках GaAs, а гексагональної сингонії - на поруватих (111)- підкладках GaAs.

7. Виявлено вплив параметрів відпалу в радикалах азоту на люмінесцентні властивості епітаксійних плівок GaN:Zn, отриманих методом МОС-гідридної епітаксії. Виявлено та досліджено нові смуги ФЛ з енергіями в максимумах 3,27 і 3,42 еВ, інтенсивність яких збільшується з ростом температури відпал (773 K- 973 K), установлена їх фізична природа. Показано, що смуги ФЛ 2,88; 3,42 і 3,27 еВ, характерні для плівок GaN, отриманих за допомогою практично всіх епітаксійних технологій, зв'язані з простими дефектами структури. Експериментально доведено участь кисню у формуванні смуги 3,42 еВ та проаналізовано взаємозв'язок між інтенсивністю цієї смуги та концентрацією кисню.

8. За допомогою комплексних експериментальних досліджень процесів формування гетероструктур ZnO/ZnS(ZnSe) при обробці сульфідів (селенідів) цинку в радикалах атомарного кисню:

- встановлено, що на поверхні плівки ZnS:Mn утворюється шар, збагачений киснем, аж до виникнення тонкого шару ZnO, що підтверджується появою в спектрах ФЛ зеленої смуги ZnO, а в спектрах фотодеполяризації - фотоструму в області 3,2-3,4 еВ відповідних E_g оксиду цинку, під шаром ZnO утворюється (за до-

сить високої температури обробки) шар ZnS_1-xO_x з малим значенням x, що не перевищує 0,013.

- визначено та вивчено фізичний механізм дефектоутворення в плівках ZnS:Mn при обробці їх в радикалах кисню, який пов'язаний не тільки з витягуванням іонів цинку на поверхню, що супроводжується генерацією V_Zn (такий механізм підтверджується посиленням синьої смуги (2,7 еВ) у спектрі ФЛ), але й дифузією іонів кисню вглиб плівки з утворенням там ізовалентних пасток [O_s^2-]^O і їх комплексів з іонами Mn²⁺.

- експериментально встановлено чітку кореляцію зниження граничного напруження й більш симетричних хвиль яскравості без погіршення яскравості й ефективності ЕЛМ та параметрів відпалу структур в атомарному кисні (T_обр < 673 K).

10. Виявлено й вивчено електролюмінесценцію рідкоземельних елементів (Er) у структурі ZnО/ZnS, що отримана методом радикало-променевої епітаксії і включає в себе піки з максимумами енергії 2,208; 2,240; 2,244; 2,315 еВ, які відповідають електронним переходам іонів Er³⁺ зі збудженого ⁴S_3/2 стану в основний ⁴I_15/2.

11. Виявлено й вивчено блакитну смугу ФЛ у монокристалічних шарах ZnS:Tm p-типу, отриманих методом радикало-променевої епітаксії, область випромінювання яких знаходиться в межах 2,2 -2,7 еВ і включає в себе вузькі лінії з максимумами при енергії 2.23; 2,56; 259; 2,62; 2,64 еВ що відповідають електронним переходам іонів Tm³⁺ зі збудженого ¹G₄ стану в основний ³H₆ .

12. Експериментально встановлено можливість отримання різних кольорів випромінювання (від синього до жовтого) одного й того ж люмінесцентного шару ZnS:Mn, обробленого в потоці атомарної сірки, який містить не один, а декілька центрів випромінювання різного типу: перший з максимумом 2,16 еВ (за який відповідає комплекс іону марганцю та вакансії сірки [Mn ²⁺ V_S]); та другий 2,75 еВ (який пов'язують з переходом електрона із зони провідності на рівень ізольованих вакансій цинку V_Zn). У спектрах електролюмінесценції МДНДМ структур на основі ZnS:Mn при збільшенні напруги (від 4 В до 5 В) спостерігається зміщення максимуму випромінювання від 2,75 еВ до 2,16 еВ.

Достовірність результатів висновків і рекомендацій підтверджується комплексністю проведених досліджень з використанням системи добре апробованих експериментальних методик (рентгенівський аналіз, вторинна ioнна мас-спектроскопія, рентгенівська фотоелектронна спектроскопія, растрова електронна мікроскопія, спектральний аналіз, комбінаційне розсіювання світла, електронна спектроскопія для хімічного аналізу) та зіставленням отриманих із різних експериментів одних і тих самих фізичних параметрів і характеристик, відтворюваністю результатів досліджень, узгодженням результатів з даними інших авторів, коли таке порівняння було можливим, високим міжнародним рейтингом та імпакт-фактором наукових видань, в яких опубліковані основні роботи з теми дисертації (Physica Status Solidi; Nuclear Instruments & Methods in Physics Research: Journal of Crystal Growth; Journal of Luminescence; Semiconductors physics quantum electronics & optoelectronics; Физика и техника полупроводников; Неорганические материалы; Журнал технической физики; Журнал прикладной спектроскопи; Український фізичний журнал та інші), а також широкою апробацією матеріалів роботи на міжнародних і вітчизняних конференціях, семінарах, симпозіумах.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

1. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Георгобиани А.А., Рогозин И.В. Исследование механизма роста пленок ZnO и ZnSe полученных методом радикало-лучевой геттерирующей эпитаксии на подложках ZnS и ZnSe // Неорганические материалы. - 1993. - Т. 29, №10. - С. 1399-1403.

2. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Рогозин И.В. Поверхность слоев ZnO и гетерограница раздела структур ZnO/ZnSe, полученных методом радикало-лучевой гетерирующей эпитаксии // Неорганические материалы. - 1995. - Т.31, №10. - C. 1357-1363.

3. Georgobiani A.N., Kotljarevsky M.B., Aminov U.A., Kidalov V.V., Rogozin I.V. The influence of the preliminary ion implantation in the ZnSe on the properties of ZnO-ZnSe structures, obtained by the radical beam gettering epitaxy method // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A. - 1997. - Vol.388. - P. 431-433.

4. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Рогозин И.В., Аминов У.А., Демин В.И. Люминесценция Tm ³⁺ в монокристаллах ZnS p- типа // Краткие сообщения по физике, ФИАН им. П.Н. Лебедева. -1997. - №7-8. - С. 29-33.

5. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Аминов У.А., Кидалов В.В., Рогозин И.В. Влияние постимплатационного отжига в потоке атомарного кислорода на люминесценцию монокристаллов селенида цинка, имплантированных эрбием // Краткие сообщения по физике, ФИАН им. П.Н. Лебедева. - 1997 - №7-8. - С. 34-37.

6. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Рогозин И. В. Структуры ZnO/ZnSe, полученные методом радикало- лучевой геттерирующей эпитаксии // Неорганические материалы. - 1997. - Т.33, №2. - C. 232-235.

7. Georgobiani A.N., Kotljarevsky M.B., Kidalov V.V., Rogozin I.V., Aminov U.A. p-type II-VI compounds doped by rare-earth elements // Journal of Crystal Growth. - 2000. - Vol. 214/215. - P. 516-519.

8. Георгобиани А.Н., Котляревський М.В., Кидалов В.В., Лепнев Л.С., Рогозин И. В. Люминесценция ZnO с собственно- дефектной проводимостью р-типа // Неорганические материалы. - 2001. - Т. 37, №11. - С. 1287-1291.

9. Власенко Н.А., Котляревський М. В., Велигура Л.И., Денисова З.Л., Кидалов В.В., Кононец Я.Ф., Ревенко А. С. Исследование электрооптических характеристик тонкопленочных электролюминесцентных структур на основе ZnS:Mn, обработанных в радикалах кислорода // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2001. - Вып.36. - С. 95 - 102.

10. Vlasenko N.A., Kotljarevsky M.B., Kidalov V.V., Denisova Z. L., Kononets Ya. F., Revenko A.S., Veligura L.I. Effect of Co-Doping with Oxygen on the Characteristics of ZnS:Mn Thin-Film Electroluminescent Structures // Phys. stat. sol. (a). - 2002. - Vol.193, №2. - P. 338-346.

11. Котляревский М.Б., Сукач Г.А., Кидалов В.В., Ревенко А.С. //Люминесценция слоев GaN, выращенных на подложках GaAs методом радикало-лучевой эпитаксии. // Журнал прикладной спектроскопии. - 2002. - Т.69, №2. - C. 234-237.

12. Сукач Г.А., Кидалов В.В., Власенко А.И., Котляревский М.Б., Потапенко Е.П. Физико-математическая модель роста тонких пленок GaN при обработке кристаллов GaAs в атомарном азоте // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2002. - Вып. 37. - С. 91-98.

13. Kidalov V.V., Sukach G.A., Petukhov A.O., Revenko A.S., Potapenko E.P. Photoluminescent and structural properties of GaN thin films obtained by radical - beam gettering epitaxy on porous GaAs (001) // Journal of Luminescence. - 2003. - Vol.102-103. - P. 712-714.

14. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Ревенко А.С., Потапенко Е.П. Ультрафиолетовая люминесценция тонких пленок GaN, полученных методом радикало-лучевой геттерирующей эпитаксия на пористых подложках GaAs (111) // Физика и техника полупроводников. - 2003. - Т.37, №11. - С. 1303-1304.

15. Сукач Г.A., Кидалов В.В., Власенко А.И., Потапенко Е.П. Дефектная люминесценция пленок GaN:Zn, отожженных в высокочастотной плазме аммиака //Физика и техника полупроводников. - 2003. - Т.37, Вып.11. - С. 1290-1294.

16. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Ревенко А.С. Структура и люминесценция пленок GaN, полученных методом радикало-лучевой эпитаксии на пористых подложках GaAs (111) // Журнал физической химии. - 2003. - Т.77, №10. - С. 1864-1866.

17. Сукач Г.О., Кідалов В.В., Власенко О.І., Потапенко Є.П. Люмінесценція плівок GaN:Zn, оброблених радикалами азоту, отриманими у високочастотній плазмі аміаку // Український фізичний журнал. - 2003. - Т.48, № 3. - С. 244-249.

18. Сукач Г.О., Потапенко Є.П., Кідалов В.В., Олексенко П.Ф. Нітриди третьої групи: перспективи розвитку та застосування (огляд) // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2003. - Вып.38. - С. 265 - 293.

19. Сукач Г.А., Кидалов В.В., Котляревский М.Б., Потапенко Е.П. Структура и состав пленок нитрида галлия, полученных путем обработки монокристаллов арсенида галлия в атомарном азоте // Журнал технической физики. - 2003. - Т.73, Вып.4. - С. 59-62.

20. Кідалов В.В., Сукач Г.О., Потапенко Е.П., Байда А. Д. Властивості пористого арсеніду галію // Фізика і хімія твердого тіла. - 2004. -Т.5, №3. - С. 464-466.

21. Сукач Г.О, Кідалов В.В., Потапенко Є.П. Фізико-математичне моделювання процесів нітридизації галієвих сполук А³В⁵ в радикалах азоту // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 2004. - Вып.39. - С. 172-180.

22. Сукач Г.О., Кідалов В.В., Ревенко А.С., Яценко Ю.І., Байда А.Д. Люмі-несценція тонких плівок GaN:Mg, відпалених у плазмі азоту // Вісник Львівського Університету. - 2004. - Вип.37. - С. 83-87.

23. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A. D. Properties of cubic GaN films obtained by nitridation of porous GaAs (001) // Phys stat. sol. (a). - 2005. - Vol. 202, №8. - P. 1668-1672.

24. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Байда А.Д., Beji L. Зависимость напряжения в пленках GaN от морфологии пористых подложек GaAs // Cкладні системи і процеси. - 2004. - №1-2(5-6). - С. 62-68

25. Кідалов В.В., Сукач Г.О., Байда А.Д. Морфологія пористого арсеніду галію // Фізика і хімія твердого тіла. - 2005. -Т.6, №4. - С. 561 - 565.

26. Kidalov V.V., Beji L., Sukach G.A. Optical properties of p-type porous GaAs // Semiconductors physics quantum electronics & optoelectronics. - 2006. -Vol.8, №4 - P.129-135.

27. Kidalov V.V., Beji L., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A. D. Properties of GaN/por-GaAs structure obtained by nitridation of porous GaAs // Фотоелектроника. -2006

28. Георгобиани А.Н., Кидалов В.В., Рогозин И.В. Получение структуры ZnO/ ZnSe методом радикало-лучевой эпитаксии // “The first international conference on material science of Chalcogenide and diamond structure semiconductors” (4 - 6 October, 1994 р.). - Chernivtsi: Chernivtsi State University named after Yu Fedkovych, 1994. - P. 24.

29. Георгобиани А.Н., Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Рогозин И.В. Влияние собственных дефектов на экситонные спектры структур ZnO-ZnSe полученных методом радикало-лучевой эпитаксии // “International school-conference on physical problems semiconductors” (7-11 September, 1995). - Chernivtsi: Chernivtsi State University named after Yu Fedkovych, 1995. - P. 28.

30. Georgobiani A.N., Kotljarevsky M.B., Pogozin I.V., Kidalov V.V. The influence of ion-implantation on optic properties and defects in ZnO-ZnSe structures // ”International conference on radiation effects on semiconductors materials, detectors and devices” - Firenze, Italy, 1996. - P. 85.

31. Georgobiani A.N., Kotljarevsky M.B., Rogozin I.V., Kidalov V.V. The influence of the post implantation annealing in the atomic oxygen flux on the luminescence of erbium implanted into ZnSe single crystals //International conference on luminescence and optical spectroscopy of condence matter (18-23 August, 1996). - Prague, Czech Republic, 1996. - P. 1-8.

32. Georgobiani A.N., Kotljarevsky M.B., Kidalov V.V., Rogozin I.V., Luminescense and electron paramagnetic resonance associated with Zn vacancies in ZnO and ZnO: Li,Na // "Third international school-conference: Physical problems in material science of semiconductors" (7-11 September 1999). - Chernivtsi: Chernivtsi State University named after Yu Fedkovych, 1999. - P. 82.

33. Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Ревенко А.С. Люминесценция слоев GaN, выращенных на подложках GaAs методом радикало- лучевой геттерирующей эпитаксии // Международная конференция по люминесценции посвященная 110-летию со дня рождения академика.C.B. Вавилова (17-19 Октября, 2001 г.) - Москва: Физический институт им. П.Н. Лебедева Росийской академии наук, 2001. - С. 23.

34. Котляревский М.Б., Кидалов В.В., Рогозин И.В., Лепнев Л.С. Люминесцеция ZnO с собственно-дефектной проводимостью р-типа // Международная конференция по люминесценции посвященная 110-летию со дня рождения академика C.B. Вавилова (17-19 Октября, 2001 г.) - Москва: Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 2001. - С. 34.

35. Котляревский М.Б., Кидалов В.В Радикало- променева геттерующая эпитаксии - новий метод у технології напівпровідникових матеріалів А³В⁵ // Конференція молодих вчених та аспірантів ІЕФ (11-13 Вересня, 2001 р.). -Ужгород, Інститут електронної фізики НАН України, 2001. - С. 84.

36. Кидалов В.В., Ревенко А.С., Байда А.Д. Жовто-сині електромагнітні структури на основі ZnS:Mn ²⁺ з регульованим кольором випроміннювання // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА - 2001 (16-18 Травня, 2001 р.). - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2001. - С. 102.

37. Kidalov V.V., Kotljarevsky M.B., Sukach G.A., Belousov S.M. Radical -beam gettering epitaxy - a new technigue in formation technology for GaN/GaAs -type heterostructures // “Nitrides of gallium, indium and aluminium : structures and devices” (01-02, November, 2001). - Moscow: M.V. Lomonosov Moscow State University, 2001. - С. 11

38. Sukach G.A., Kidalov V.V., Kotljarevsky M.B., Potapenko E.P. Simulation and formation of thin GaN films on GaAs (001) with the radical - beam technigue //International conference “Physics of electronic materials” (1-4 October, 2002). -Kalyga: K. Tsiolkovsky State Pedagogical University, 2002. - P. 55.

39. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Petukhov A.A. GaN thin films luminescence which have been growth by radical-ray epitaxy // Second international workshop “Nucleation and non - linear problems in first order phase thansitions” (1-5 July, 2002 ). - St. Petersburg: Institute of mechanical engineering problems of the Russian academy of science, 2002. - P. 67.

40. Кидалов В.В., Ревенко А.С., Петухов А.О., Байда А.Д., Панфилов Д.Є., Сукач Г.О. Термодинамічний і кінетичний аналіз власних дефектів у сполуках А³В⁵, отриманих методом радикало променевої епітаксії // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА - 2002. - (22-24 Травня, 2002 р.). - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2002. - С. 53-54.

41. Кидалов В.В., Ревенко А.С., Яценко Ю. І., Байда А.Д., Сукач Г.О., Пєтухов А.О. Фотолюмінесценція плівок GaN:Mg відпалених у радикалах азоту // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА - 2002 (22-24 Травня, 2002 р.). - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2002. - С. 54 - 55.

42. Kidalov V.V., Sukach G.A., Petukhov A.A., Revenko A.S., Potapenko E.P. Photoluminescent properties of GaN thin films, obtained by the treatment of porous GaAs substrates in active nitrogen radical // International conference on luminescence and optical spectroscopy of condensed matter (24 - 29 August, 2002). - Budapest. - P. 116.

43. Сукач Г.А., Кидалов В.В., Котляревський М.Б., Потапенко Е.П. Механизмы роста тонких пленок GaN при обработке GaAs в активных радикалах азота//1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-1 (з міжнародною участю). - Одеса: ОНУ імені. І.І. Мечнікова, 2002. - C. 337-338.

44. Кидалов В.В., Ревенко А.С., Сукач Г.А. Влияние морфологии пористой подложки GaAs на фотолюминесценцию пленок GaN, полученных методом радикало-лучевой геттерирующей эпитаксии // Материалы 2-ой Всероссийской конференции “Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы” (3-4 Февраля, 2003 г.). - Санкт Петербург: C - Петербургский государственный политехнический университет, 2003. - С. 75-76.

45. Кидалов В.В., Сукач Г.А. Зарождение GaN при квазиэпитаксии // Матеріали IX міжнародної конференції „Фізика і технологія тонких плівок” (19-24 Травня 2003 р.) - Івано-Франківськ: Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, 2003. - С. 90-91.

46. Kidalov V.V., Revenko A.S., Sukach G.A. Properties of AlN films, obtained by radical-beam gettering epitaxy on Al₂O₃ substrates // IX international conference on physics and technology of thin films (19-24 May, 2003). - Ivano-Frankivsk: Vasyl Stefanyk Precarpathin University Physics - Chemical Institute, 2003. - P. 67-68.

47. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Байда А.Д. Влияние отжига в атомарном азоте на фотолюминесценцию GaN:Er в области 1,0-1,6 мкм // Конференція молодих учених та аспірантів ІЕФ-2003 (10-12 Вересня, 2003 р.). - Ужгород: Інститут електронної фізики НАН України, 2003. - С. 39.

48. Сукач Г.О., Олексенко П.Ф., Потапенко Е.П., Кідалов В.В. Сучасні технології отримання матеріалів та приладових структур на основі нітридів третьої групи // Матеріали І наукової конференції з міжнародною участю „Матеріали електронної техніки та сучасних інформаційних технологій” (14 - 17 Квітня, 2004 р.). - Кременчук: Інститут економіки та нових технологій, 2004. - С. 73-74.

49. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A.D. Properties of Porous Arsenide of Gallium // 2004 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan (ECSJ), Section G1 -Third International Sympsoium on Pits and Pores: Formation, Properties and Significance for Advanced Materials (3-8 October 2004). - Honolulu, Hawai, USA, 2004. - Abs №789

50. Kidalov V.V., Sukach G.A., Bayda A.D Nitridation of porous GaAs // Fifth international young scientists conference devoted to 170^th anniversary of Taras Shevchenko Kyiu National University and 65^th anniversary of its optics division“ Problems of optics&high tehnology material science”(28-31 October, 2004). - Kyiv: Taras Shevchenko Kyiv national university, 2004. - P. 52-53.

51. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda А.D. Nitridation of porous GaAs (111) // The 5^th International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes Semiconductors Physics Researh centrу ISBLLED-2004 (15-19 March 2004). - Gyeongju, Korea, 2004. - Pa12 №1091

52. Kidalov V.V., Sukach G.A., Shvets A.Y., Revenko A.S., Bayda A.D. Porous GaAs as soft substrate for cubic GaN films // Materials of the 4-th International Conference “Porous semiconductors science and technology” (14-19 March, 2005) Cullеra - Valencia, Spain: Technical University of Valencia (Spain), 2004. - P. 368- 369

53. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S. NH₃ -Plasma- nitridation process of porous GaAs surface observed by scanning electron microscopy // Simposio Latinoamericano de Fнsica del Estado Sуlido (6-9 December, 2004). - La Habana, Cuba, 2004. - P. 44-45.

54. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S. Model of the nitridation process of nanoporous GaAs surface // The fifth international conference on low dimensional structures and devise (12-17 December, 2004). - Cancyne Maiyna Riviera Mexico, 2004. - P. 368-369

55. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A.D. Strain relaxation in zincblend GaN layers on porous GaAs (001) substrates // 2007 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan - Section - Nanotechnology (16-21 October, 2005). - Guebec city, Canada, 2005. - Abs. №101

56. Kidalov V.V., Revenko A.S. Simulation of Diffusion Process at Nitridation of GaAs substrate // 2007 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan (ECSJ) - Section - Organic&biological Electrochemistry (16-21 October, 2005). - Guebec city, Canada, 2005. - Abs. №1405.-

57. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Байда А.Д. Cвойства пористого арсенида галлия // II українська наукова конференція з фізики напівпровідників (20 - 24 Вересня, 2004). - Чернівці - Вижниця: Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, 2004. - С. 129.

58. Сукач Г.О., Потапенко Э.П., Кідалов В.В., Олексенко П.Ф. Перспективи розвитку технології епітаксійних плівок та приладових структур нітридів третьої групи // Ювілейна 10 міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок, Івано- Франківськ, Україна. - 2005 - Збірник доповідей. - С. 84-87.

59. Кідалов В.В., Сукач Г.О., Потапенко Э.П., Байда А.Д., Beji L. Свойства пористого наноразмерного GaAs //Ювілейна 10 міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок (16-21 Травня, 2005 р.). - Івано-Франківськ: Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника, 2005. - Збірник доповідей. - С. 27-28.

60. Kidalov V.V., Sukach G.A., Beji L., Bayda A. D. Morphology and photoluminescense of porous GaAs obtained by anodic etching // V Міжнародна школа - конференция “Актуальні проблеми фізики напівпровідників”(27 - 30 Червня, 2005). - Дрогобич: Дрогобицький державний педагогічний університет імені Івана Франка, 2005. - Збірник доповідей. - С. 34.

61. Кидалов В.В., Сукач Г.О., Beji L., Байда А.Д., Яценко Ю.І. Нанопористий GaAs як підкладка для плівок GaN // Всеукраїнський з'їзд “Фізика в Україні” (3-6 Жовтня, 2005 p.). - Одеса: Астропринт, 2005. - С. 157.

62. Kidalov V.V., Sukach G.A., Beji L., Revenko A.S., Bayda A.D. Properties of Porous GaAs Substrate for III-N Epitaxy // 2008 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan (ECSJ) Section L1 - Nitride and Wide Bandgap Semiconductors for Sensors, Photonics, and Electronics VI (16-21 October, 2005 p.). - Los Angeles, California, USA. - 2005. - Abs. №808

63. Kidalov V.V., Beji L., Suckach G.A., Revenko A.S., Bayda A.D., Yatsenko Y. Raman spectroscopy and morphology investigation of porous GaAs // E-MRS Fall meeting. Section Interfacial processes and properties of advanced materials (5-9 September, 2005). - Warsaw, Poland, 2005. - P. 145.

64. KidalovV.V., Beji L., Suckach G.A., Revenko A.S., Bayda A.D. Properties of GaN/por-GaAs structure obtained by nitridation of porous GaAs// 2005 Proceedings Volumes (State-of-the-Art Program on Compound Semiconductors (SOTAPOCS XLIII) -and- Nitride and Wide Bandgap Semiconductors for Sensors, Photonics, and Electronics VI). - 2005. - V.l, №2. - P. 228-238.

65. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Beji L., Ревенко А.С., Байда А.Д. Пористый GaAs как подложка для III-N эпитаксии // Материалы 4-ой Всероссийской конференции “Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы” (3-5 Июля, 2005) - Санкт Петербург: C-Петербургский государственный поли-технический университет, - 2005. - С. 26-27.

АНОТАЦІЯ

Кідалов В.В. Гетероструктури на основі монокристалічних та поруватих сполук А²В⁶ та А³В⁵, отримані методом радикало-променевої епітаксії. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків. Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, Одеса, 2006.

Дисертація присвячена розробці фізико-технологічних основ отримання гетеропереходів на основі монокристалічних і поруватих сполук А²В⁶ і А³В⁵, методом радикало-променевої епітаксії та вивченню їх люмінесцентних, електрофізичних, структурних та морфологічних властивостей.

У дисертації запропоновано для зменшення механічних напружень у гетероструктурі GaN/GaAs використовувати поруваті підкладки GaAs. За результатами комбінаційного розсіювання світла, дифрактометричних досліджень та спектрів фотолюмінесценції визначено напруження в плівках GaN, які отримані на монокристалічних та поруватих підкладках GaAs.

Отримано нанопоруваті шари GaAs як n-, так і p- типу провідності. Оцінки розмірів кристалітів за результатами комбінаційного розсіювання світла, фотолюмінесценції й скануючої електронной мікроскопії показала добре їх узгодження між собою, значення яких знаходяться у межах 5-10 нм. У спектрах ФЛ поруватих шарів GaAs як n-, так і p- типу спостерігається випромінювання в області 1,85-2,1 еВ, пов'язане із квантово-розмірними ефектами в результаті утворення нанооб'єктів (квантових дротів).

Моделювання процесу нітридизації GaAs дозволило встановити технологічні умови, за яких відбувається повне заміщення атомів миш'яка атомами азоту в підкладках GaAs і утворюються тонкі шари GaN в поверхневій області GaAs.

Залежно від режимів радикало-променевої епітаксії отримано структури p-ZnО/n-ZnSe і p-ZnО/p-ZnSe/n-ZnSe. Вивчено фотолюмінесценцію шарів ZnО, отриманих методом радикало-променевої епітаксії. Досліджено вплив легування киснем плівок ZnS:Mn шляхом термообробки їх в потоці атомів кисню на люмінесцентні, електричні й фотоелектричні характеристики МДНДМ структур на основі цих плівок. Виявлено зміни в характеристиках, що свідчать про утворення на поверхні плівки тонкого шару ZnO, а під ним шару ZnS_1-xO_x, з малим значенням х.

Ключові слова: радикало-променева епитаксія, радикал, поруватий GaAs, кубічний GaN, рідкоземельні елементи.

АННОТАЦИЯ

Кидалов В.В. Гетероструктуры на основе монокристаллических и пористых соединений А²В⁶ и А³В⁵, полученные методом радикало лучевой эпитаксии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков. Одеський национальний университет им. И. И Мечникова, Одесса, 2006.

Диссертация посвящена изучению свойств гетеропереходов на основе монокристаллических и пористых соединений А²В⁶ и А³В⁵, полученных методом радикало - лучевой эпитаксии.

В диссертации предложено для уменьшения напряжения в гетероструктуре GaN/GaAs использовать пористые подложки GaAs. По результатам комбинационного рассеяния света, диффрактометрических исследований спектров фотолюминесценции определены напряжения в монокристаллических пленках GaN полученных на монокристаллах GaAs (1ГПа) и пористых подложках GaAs (0,4 ГПа).

Получены нанопористые слои GaAs как n-, так и p- типа проводимости. Оценка размеров кристаллитов, по результатам комбинационного рассеяния cвета, фотолюминесценции и сканирующей електронной микроскопии, хорошо согласуются друг с другом и находятся в пределе 5-10 нм. В спектрах ФЛ пористых слоев GaAs как n-, так и p- типа наблюдается излучение в области 1,85-2,1 еВ связанное с кванто - размерными эффектами в результате образования нано-обьектов.

Моделирование процесса нитридизации GaAs позволило установить технологические условия, при которых происходит полное замещение атомов мышьяка атомами азота в подложках GaAs и в поверхностной области GaAs образуются тонкие слои GaN.

В диссертации исследовано влияние отжига в потоке радикалов азота, на люминесцентные свойства пленок GaN:Zn, выращенных методом МОС- гидридной эпитаксии на сапфировых подложках (0001). С увеличением температуры отжига наблюдалось монотонное уменьшение фиолетовой (2,88 еВ) и близкраевой (3,48 еВ) полос фотолюминесценции. В результате отжига в радикалах азота при температурах 773 К - 1023 К обнаружены новые полосы с энергиями максимумов 3,27 еВ и 3,42 еВ, интенсивность которых увеличивается с ростом температуры отжига. Установлено, что полосы люминесценции 2,88; 3,42; 3,27еВ характерны для пленок GaN, полученных с помощью практически всех технологий, и связаны с простыми дефектами структуры. Экспериментально доказано участие кислорода в формировании полосы 3,42 еВ.

В зависимости от режимов радикало-лучевой эпитаксии получены структуры p-ZnO/n-ZnSe и p-ZnO/p-ZnSe/n-ZnSe. В спектре фотолюминесценции слоев ZnO р- типа, полученных методом радикало-лучевой эпитаксии наблюдаются полосы связанного экситона при енергии максимума 3,1 и 3,31 эВ. Эти полосы приписаны соответсвенно дефектам и . Исследовано влияние легирования кислородом пленок ZnS:Mn путем термообработки в радикалах кислорода на люминесцентные, электрические и фотоэлектрические характеристики МДПДМ структур на основе этих пленок. Выявлены изменения в характеристиках, свидетельствующие об образовании на поверхности пленки тонкого слоя ZnO, а под ним слоя ZnS_1-x O_x с малым значением х. Установлено, что при такой обработке в обьеме пленки не только возрастает концентрация вакансий цинка, но и возникают точечные кислородные дефекты [ O_s^2-]^O и их комплексы с ионами Mn²⁺. Установлено, что при Т500 ⁰ С кислород проникает до нижней грани електролюминесцентной пленки. В диссертационной работе показано, что слабое легирование (Т 400⁰С) приводит к понижению порогового напряжения и более симетричным волнам яркости.

В монокристаллических слоях ZnS:Tm р- типа проводимости, полученных методом радикало - лучевой эпитаксии, обнаружена и изучена голубая люминесценция, спектр которой охватывает область от 2,47 - 2,67 эВ и содержит пики, соответствующие электронным переходам ионов Tm³⁺ из возбужденного состояния ¹G₄ в основное ³H₆.

Ключевые слова: радикало-лучевая эпитаксия, радикал, пористый GaAs, кубический GaN, редкоземельные элементы.

ABSTRAKT

Kidalov V.V. Heterojunctions on the basis of single-crystal and porous А²В⁶ and А³В⁵ structures obtained by radical beam epitaxy. - Manuscript

Thesis for a Doctor's degree of physical and mathematical science on specialty 01.04.10 - рhysics of semiconductors and dielectrics. Odessa National I.I. Mechnikov University, 2006.

This thesis dedicated to analysis of properties of heterojunctions on the basis of single-crystal and porous А²В⁶ and А³В⁵ structures obtained by radical - beam epitaxy.

For reduction of stress in heterostructure GaN/GaAs it is offered to use porous substrates GaAs. The epitaxial layer GaN grown on the porous GaAs substrates is found to have no cracks on the surface. By results of a Raman spectroscopy, XRD measurements and analyses of spectra of a photoluminescence the stress GaN-films obtained on single-crystal (1GPa) and porous GaAs substrates (0,4 GPa) are determined.

With the help of nitridation of porous GaAs (001) in nitrogen plasma thin films cubic - GaN were obtained. The conclusion was made that quality of the GaN films is dependent on the degree of porosity of the GaAs substrate.

The samples of porous GaAs were fabricated by an electrochemical method on n- and p- type GaAs. Low-frequency Raman shift of the peaks, conditioned by the main optical phonons, in the Raman spectra of the porous GaAs was observed. Estimations of the size of nanocrystals in a porous GaAs by results of a Raman spectroscopy, photoluminescences and scanning electron microscopy are in a good agreement within the limits of 5-10 nm. In PL spectra porous GaAs layers both n- and p-type the broad peak in the region of 590-650 nm was observed, that bound with quantumsized effects as a result of formation of nanoobjects.

The simulation of nitridation process of GaAs has allowed to establish technological conditions at which there is a full replacement of As atoms by atoms of azote in substrates GaAs and in surface area GaAs thin films of GaN are created.

Depending on modes of radical-beam epitaxy the structures p-ZnO/n-ZnSe and p-ZnO/p-ZnSe/n-ZnSe are obtained. The photoluminescence of ZnO layers obtained by a method of radical-beam epitaxy is studied.

The luminescence of Tm³⁺ in p- type ZnS and Er³⁺ in p- type ZnSe. The doping with rare - earth elements was performed by means of ion implantation in n-type materials. The post- implantation annealing of the radiation damages was performed in the atomic flux VI group elements. The interaction of such a flux with the treated crystal leads also to the inversion of the conductivity of these semiconductors to p-type. It was found that in both cases rare -earth elements occupy zinc sites.

Doping with oxygen of ZnS:Mn films was performed by annealing at 673 -873 K in an atomic oxygen flow obtained by a HF discharge. The effect of such a doping on the electro optical, luminescent and photoelectrical characteristics of thin-film electroluminescent structures based on these films has been studied. The following changes in the films doped with O have been revelated from the obtained results: 1) the appearance at the upper interface of a thin ZnO layer and under it a ZnS_1-x O_x layer with x < 0,013; 2) an increase of the concentration of Zn vacancies and their complexes with donors in the bulk of the film; 3) the appearance of point oxygen defects and their complexes with other defects, e.g. with Mn²⁺ ions in the bulk.

Keywords: radical-beam epitaxy, porous GaAs, cubic GaN, rare-earth element.

Размещено на Allbest.ru