Научная статья на тему 'Выращивание нелинейно-оптического материала ZnGeP 2 и его дефектная структур'

Выращивание нелинейно-оптического материала ZnGeP 2 и его дефектная структур Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
528
94
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИНТЕЗ / МОНОКРИСТАЛЛ / ПОЛУПРОВОДНИК / МЕТОД БРИДЖМЕНА / РЕНТГЕНОВСКАЯ ТОПОГРАФИЯ / ЭФФЕКТ БОРМАНА / КОНТРАСТ / ДЕФЕКТ / ДИСЛОКАЦИЯ / SYNTHESIS / SINGLE CRYSTAL / SEMICONDUCTOR / BRIDGMAN METHOD / X-RAY TOPOGRAPHY / BORRMANN EFFECT / CONTRAST / DEFECT / DISLOCATION

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Верозубова Г.А., Окунев А.О., Стащенко В.А.

Исследованы структурные дефекты в монокристаллах ZnGeP 2 (ZGP), выращенных из расплава методом Бриджмена в вертикальном варианте. Прогресс в получении монокристаллов ZGP с достаточно совершенной структурой позволил зарегистрировать эффект Бормана и провести рентгеновскую просвечивающую топографию, основанную на этом эффекте. Типы дефектов определялись путем сравнения экспериментальных и теоретических топограмм. В «as-grown» ZGP монокристаллах найдены полосы роста, когерентные и полукогерентные частицы вторых фаз, дислокации различного типа, включения разных составов, в зависимости от местоположения образца в слитке. Плотность дислокаций уменьшается от начала слитка к его концу от N d ~3,5×10 3 cм -2 до ~2,5×10 2 cм -2. Полуширина кривых качания составляет 18-34″. Замечено, что на периферийных участках кристалла уширение кривых качания значительно меньше, чем уширение в центральной части слитка. Это может быть объяснено вогнутым фронтом кристаллизации, за счет чего примеси оттесняются в центр кристалла. Высокое оптическое поглощение в области ~2 мкм, существующее во всех кристаллах ZGP, может быть значительно снижено путем термического отжига и облучением электронами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Верозубова Г.А., Окунев А.О., Стащенко В.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GROWING NON-LINEAR OPTIC ZnGeP 2. DEFECT STRUCTURE

Structural defects in ZnGeP2 (ZGP) single crystals grown by VB method were studied. Some progress in obtaining ZGP with perfect structure allowed us to register the Borrmann effect and perform x-ray topography. To obtain the compound from elements, two-temperature method was applied. Various dislocations, microdefects, growth striae, inclusions were found in as-grown ZnGeP2. Inclusions in onset and end of ingot have different composition: in the onset they lie on ZGP-GeP2 cut, in the end of ingot the inclusions were located near ZnP2-ZnGeP2 cut. According the data obtained, the middle part of the ingots does not contain inclusions. The growth striae, repeating the interface, were concave. The average dislocation density decreased from crystal onset to the end ~3.5×103 cm-2 to ~ 2.5×102 cм-2. The broadening of the rocking curves of the crystals are18-34″, it is higher in the middle, except end of the ingot, where interface is concave. A high optical absorption at ~2 μm, very important for OPO from ZnGeP2, can be sufficiently reduced by thermal annealing and electron irradiation, down 0.04-0.02 μm.

Текст научной работы на тему «Выращивание нелинейно-оптического материала ZnGeP 2 и его дефектная структур»



—Ш

*ЛЛ

ФИЗИКА

УДК 66.017/66.019

ВЫРАЩИВАНИЕ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ZnGeP2 И ЕГО ДЕФЕКТНАЯ СТРУКТУРА

Г.АВерозубова, А.О.Окунев*, В.АСтащенко* GROWING NON-LINEAR OPTIC ZnGeP2. DEFECT STRUCTURE

G.AVerozubova, A.O.Okunev*, V.A.Stashchenko*

Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской Академии наук, Томск, verozubova@mail.tomsknet.ru

*Институт электронных и информационных систем НовГУ, alexei.okunev@mail.ru

Исследованы структурные дефекты в монокристаллах ZnGeP2 (ZGP), выращенных из расплава методом Бриджмена в вертикальном варианте. Прогресс в получении монокристаллов ZGP с достаточно совершенной структурой позволил зарегистрировать эффект Бормана и провести рентгеновскую просвечивающую топографию, основанную на этом эффекте. Типы дефектов определялись путем сравнения экспериментальных и теоретических топограмм. В «as-grown» ZGP монокристаллах найдены полосы роста, когерентные и полукогерентные частицы вторых фаз, дислокации различного типа, включения разных составов, в зависимости от местоположения образца в слитке. Плотность дислокаций уменьшается от начала слитка к его концу от Nd ~3,5*103 см-2 до ~2,5*102 см-2. Полуширина кривых качания составляет 18-34". Замечено, что на периферийных участках кристалла уширение кривых качания значительно меньше, чем уширение в центральной части слитка. Это может быть объяснено вогнутым фронтом кристаллизации, за счет чего примеси оттесняются в центр кристалла. Высокое оптическое поглощение в области ~2 мкм, существующее во всех кристаллах ZGP, может быть значительно снижено путем термического отжига и облучением электронами.

Ключевые слова: синтез, монокристалл, полупроводник, метод Бриджмена, рентгеновская топография, эффект Бормана, контраст, дефект, дислокация

Structural defects in ZnGeP2 (ZGP) single crystals grown by VB method were studied. Some progress in obtaining ZGP with perfect structure allowed us to register the Borrmann effect and perform x-ray topography. To obtain the compound from elements, two-temperature method was applied. Various dislocations, microdefects, growth striae, inclusions were found in as-grown ZnGeP2. Inclusions in onset and end of ingot have different composition: in the onset they lie on ZGP-GeP2 cut, in the end of ingot the inclusions were located near ZnP2-ZnGeP2 cut. According the data obtained, the middle part of the ingots does not contain inclusions. The growth striae, repeating the interface, were concave. The average dislocation density decreased from crystal onset to the end ~3.5*103 cm-2 to ~ 2.5*102 cм-2. The broadening of the rocking curves of the crystals are18-34", it is higher in the middle, except end of the ingot, where interface is concave. A high optical absorption at ~2 |jm, very important for OPO from ZnGeP2, can be sufficiently reduced by thermal annealing and electron irradiation, down 0.04-0.02 jim.

Keywords: synthesis, single crystal, semiconductor, Bridgman method, x-ray topography, Borrmann effect, contrast, defect, dislocation

Введение

ZGP, полупроводник с тетрагональной структурой типа халькопирита из группы А2В4С52, имеет потенциально широкий диапазон прозрачности в средней ИК области (0,6-12 мкм), высокий нелинейно-оптический коэффициент (75 пм/В), двулучепре-ломление, достаточное для фазового согласования (0,04) и относительно высокую теплопроводность (0,35 В/см-К) [1]. Эти свойства делают материал чрезвычайно привлекательным для параметрической генерации света (ПГС) в области 3-8 мкм при накач-

ке мощным лазерным излучением с длиной волны около ~2,06 мкм. Лазеры, функционирующие в окне прозрачности 3-8 мкм, имеют большое значение для таких приложений, как обнаружение и мониторинг химических загрязнений и токсических веществ, оборудование медицинской диагностики [2]. Вблизи края фундаментального поглощения (0,6-2,5 мкм) во всех кристаллах ZGP наблюдается сильное ослабление интенсивности света, связываемое с поглощением собственными точечными дефектами, обусловленными нестехиометрией расплава из-за высокой летучести двух компонентов, Zn и Р. Точечные де-

фекты в ZGP изучены относительно хорошо. Существует несколько моделей поглощения света в области 0,65-2,5 мкм. По одной из них [3,4] считается, что за высокое поглощение света отвечают ионизованные вакансии цинка VZn и соответствующие им оптические переходы, другие модели предполагают, что поглощение вызвано антиструктурными дефектами в катионной подрешетке, GeZn [5,6]. Структурные дефекты более высокой размерности, такие как полосы роста, дислокации и включения вторых фаз, потенциально способные влиять на ослабление света в ZGP, изучены весьма слабо, и еще меньше исследовано их взаимодействие с точечными дефектами, влияние на порог оптического пробоя и работу преобразователей лазерного излучения. Физико-химические свойства данного соединения таковы, что возникновение размерных дефектов имеет очень большую вероятность. ZGP, температура плавления которого составляет 1300 К [7] при насыщенном давлении пара над соединением -0,35 МР [8], содержит два летучих компонента, Zn и Р. В неизотермических условиях эти компоненты, испаряясь из материала, переносятся в более холодные части синтезного или ростового контейнеров и осаждаются там, образуя бинарные фосфиды цинка.

Цель настоящей работы — представить наши данные по синтезу соединения ZGP и выращиванию его монокристаллов методом Бриджмена в вертикальном варианте, по структуре дефектов в кристаллах ZGP, полученные методами рентгеновской топографии на основе эффекта Бормана (метод РТБ) и растровой электронной микроскопии (РЭМ), данные по составу образцов (EDAX) и уменьшению оптического поглощения.

Методика эксперимента

Для синтеза соединения ZGP использовались элементы высокой чистоты. Реакторы и ростовые ампулы изготавливались из кварцевых труб, предназначенных для электронной промышленности. Реакция и выращивание ZGP проводились в тиглях из пиролитического нитрида бора (РВ№). Элементы для синтеза (кроме фосфора), кварцевые изделия, PBN тигли, поликристаллический ZGP и монокристаллические затравки подвергались тщательной химической очистке перед экспериментами. Кроме специально оговоренных случаев, для создания паровой фазы над расплавом ZGP в ампулу или реактор добавлялась навеска фосфора, рассчитанная из уравнения Менделеева—Клапейрона. Ампулы с веществами вакуумировались до давления 10-3 Па и отпаивались. Для экспериментов по дифференциальному термическому анализу (ДТА) использовались кварцевые ампулы, подготовленные способом, описанным выше, которые также вакуумировались и отпаивались. Масса исследуемых образцов составляла для ДТА 0,5 г, в качестве эталона использовался А1203, нагрев и охлаждение проводилось со скоростью 7,5 град/мин, движение бумаги, на которую велась запись, осуществлялось со скоростью 1 мм/мин.

Основной изучаемый монокристалл ZGP был выращен вдоль направления [001], имел диаметр

24 мм и длину 11 см. Методом РТБ исследовались пластины, вырезанные продольно и поперечно оси роста монокристаллических слитков ZGP. Поперечные образцы были вырезаны из начальной, средней и конечной частей слитка. Продольные образцы вырезались из центра слитка и затравки. Пластины имели толщину ~500 мкм, были механически, а затем химически отполированы. Метод РТБ реализован по схеме с предварительной монохроматизацией рентгеновского пучка [9], позволяющей уменьшить интенсивность излучения, прошедшего через кристалл без дифракции, исключить многоволновое рассеяние и увеличить разрешение. Использовалась топографическая камера от трехкристального рентгеновского дифрактометра, модифицированная для метода РТБ. Регистрация топограмм проводилась на ядерные фотопластинки в характеристическом излучении CuKaj от рентгеновской трубки БСВ-10. Для оцифровки топограмм непосредственно с негативов использовался микроскоп МИН-8 и цифровая камера Olympus Camedia 5060 с оптическим переходным модулем. Некоторые из образцов ZGP, изученных методом РТБ, были проанализированы при помощи растрового электронного микроскопа ZGP Philips SEM-515, укомплектованного микроанализатором EDAX Genesis XM 260 SEM. Оптическая прозрачность измерялась однолучевым спектрофотометром SDL-3 с относительной погрешностью не более 2%. При расчете значений коэффициента оптического поглощения для обыкновенного и необыкновенного лучей анизотропия поглощения учитывалась по методике, представленной в [10].

Результаты и обсуждение Некоторые физико-химические свойства ZGP

Материал имеет конгруэнтный характер плавления, но точка плавления до сих пор строго не определена. В литературе представлены следующие данные по температуре плавления ZGP: 1293 К [11], 1298 К [12], 1300 K[7], 1311 К [13]. Наши неопубликованные ранее данные по ДТА, демонстрируемые на рис.1, показывают, что температура плавления сильно зависит от состава материала. Для монокристаллического слитка, выращенного при давлениях P 0,608 МПа и Zn 0,11 МПа, рассчитанных из уравнения Менделеева—Клапейрона для температуры 1333 К, плавление начинается при 1322,5 К, для слитка, выращенного при давлении P 0,72 МПа над расплавом, плавление начинается при 1323 К, без добавок на паровую фазу — при 1314 К. Кривые ДТА показывают также, что при обогащении системы Zn либо ее обеднении летучими компонентами (кристаллы 1 и 3) появляется дополнительный пик плавления при ~1173 К, связанный, вероятно, с плавлением частиц вторых фаз. При обеднении состава расплава летучими компонентами основной пик плавления раздваивается, что также можно связать с плавлением вторых фаз. Между тем измеренное давление насыщенных паров над ZGP при температуре плавления 1300 К [8] составляет 0,355 МПа, а при температуре 1333 К — 0,72 МПа [7]. Согласно данным статьи [8], остаток материала после измерения давления состоял из Zn и

Рис.1. ДТА кривые плавления и кристаллизации ZGP с различными добавками на паровую фазу

Ge, паровая фаза состояла в большей степени из фосфора. Такие данные об остатке материала говорят о том, что давление измерялось над неоднофазной смесью неизвестного состава тройной системы Zn-Ge-P, и скорее всего, некорректны. Данные по низким температурам плавления материала, опубликованные ранее, можно связать с сильной нестехиометрично-стью исходного материала, использованного для ДТА. Мы использовали порошок ZGP, полученный из монокристаллических слитков, выращенных при различных давлениях, рассчитанных на паровую фазу при температуре расплава 1333 К. В экспериментах по ДТА летучие компоненты в ампулы не добавлялись.

Синтез и рост кристаллов

Для синтеза ZGP применяли двухтемператур-ную схему: фосфор помещали в холодную зону, а цинк и германий — в горячую, где происходила реакция между парообразным фосфором и конденсированными компонентами. Температура холодной зоны составляла 1243 К, а температура горячей — 1323 К, давление паров фосфора при температуре реакции составляло 1,01 МПа. Чтобы связать Р для полной загрузки 500 граммов, время выдержки составляло 120 мин. Для возгонки возможных бинарных фосфидов Zn в зону реакции температура холодной, теперь пустой, зоны поднималась до 1343 К. Зона реакции ZGP составляла 1323 К. После гомогенизации в течение 10-12 часов проводилось медленная кристаллизация слитка, а затем охлаждение всего реактора.

Рис.2. Слиток монокристалла ZGP, исследованный различными методами в данной статье, перед резкой

Рост кристаллов проводили методом Брид-жмена в вертикальном варианте. Температура верхней зоны составляла 1323-1333 К, а нижней — варьировалась от 1243 до 1283 К. Осевой температурный градиент вблизи точки плавления составлял 215 К/см. Номинальная скорость роста задавалась протягивающим механизмом и варьировалась от 0.5 до 1 мм/ч. Рост кристаллов осуществлялся на затравки вдоль главных осей халькопирита. Выращивание вдоль других осей сопровождается, как правило, тре-щинообразованием в кристаллах ZGP из-за анизотропии коэффициента линейного теплового расширения решетки халькопирита. Диаметр выращенных кристаллов составляет 20-45 мм, длина — 120-170 мм. Выход монокристаллических слитков достигает 80% от общего числа экспериментов. На рис.2 дано изображение монокристаллического слитка, изучавшегося различными методами, указанными выше, диаметр кристалла — 24 мм, длина — 120 мм. Полуширина кривых качания (ПШПВ) для разных участков слитка различна: для поперечных срезов ПШПВ выше в середине слитка, чем на периферии, что, по-видимому, связано с вогнутой формой фронта кристаллизации и оттеснением примеси к центру кристалла. В центре ПШПВ составляет 31-34", на периферии — 18-20". К концу слитка значения ПШПВ практически одинаковы для центра и периферии и составляют 18-19", что

может быть связано с изменением формы фронта кристаллизации с вогнутой на выпуклую или плоскую со сменой условий роста. Синтез и рост ZGP подробно описан в наших предыдущих статьях, например [14,15].

Дефектная структура затравки и растущего кристалла

На рентгеновской топограмме продольного среза, захватывающего части затравочного и растущего кристалла (рис.3), хорошо видна граница между ними. В области затравочного кристалла большая часть среза практически не содержит дислокаций, но на боковой поверхности наблюдаются области с высокой плотностью дислокаций (N¿1 > 105 см2), указанные стрелками с цифрой 1. Отдельные дислокации в этих областях не разрешаются, их высокая плотность приводит к исчезновению эффекта Бормана и уменьшению регистрируемой интенсивности (белый цвет на топограмме). Дислокации из этих областей обусловливают генерацию дислокационных пучков, выходящих в растущий кристалл (указаны стрелками с цифрой 2), часть из которых быстро выклинивается из кристалла. Причина образования сильно дислокационных областей в затравочном кристалле, по нашему мнению, связана с затеканием расплава ZGP в щель между тиглем и затравкой.

Рис.3. Топограмма продольного среза с изображением затравки и растущего кристалла

Полосы роста

На рис.4 показаны две наложенные друг на друга топограммы ^ и и) одного и того же образца, вырезанного из средней части слитка ZGP параллельно оси роста. Отражающие плоскости и, соответственно, направления векторов дифракции g при съемке этих двух топограмм были перпендикулярны друг другу. Полосы роста хорошо видны на большой топо-грамме (и).

Для центральной топограммы (^ отражающие плоскости параллельны оси роста, при такой геометрии съемки полосы роста не дают деформации отражающих плоскостей и ростовая полосчатость не видна на изображении. Большая топо-грамма (и) была получена при отражении от плоскостей, перпендикулярных оси роста, и условия наблюдения полос роста реализовались с максимальным контрастом.

Четко видно, что полосы вогнуты и не имеют строгой периодичности и, таким образом, не связаны с колебаниями температуры в наших печах. Скорее всего, флуктуации скорости роста, ответственные за полосчатость, связаны с конвекционной неустойчивостью расплава.

Рис.4. Изображение двух наложенных топограмм одного и того же продольного среза, полученных при использовании взаимно перпендикулярных систем отражающих плоскостей

Кроме полос роста основными дефектами, выявленными на топограммах рис.4, являются: 1 — прямолинейные дислокации, наклоненные к оси роста слитка и поверхности среза образца; 2, 4, 5 и 6 — дислокации, вытянутые вдоль оси роста; 2'— дислокации, изогнутые в результате скольжения или переползания; 3 — микродефекты (включения второй фазы), расположенные вблизи поверхности и в объеме образца; 7 — царапины или микроуколы на поверхности.

Для топограммы (и) дислокации вида 2, 4, 5 и 6 находятся в так называемом «особом положении» (их оси параллельны вектору дифракции g). Согласно теории контраста в рентгеновской топографии, изображения таких дислокаций должны иметь вид тонких светлых линий, толщина и контраст которых не должны зависеть от глубины залегания дислокации в образце. Такой характер, действительно, имеет изображение дислокации 5. Вместе с тем, уширение изображений дислокаций 4 и 6, а также практически полное отсутствие на топограмме (и) изображений дислокаций вида 2 и 2', видных на топограмме 0, является непонятным явлением и, видимо, относится к особенностям кристаллической решетки ZGP.

Включения вторых фаз

Увеличенная топограмма центральной области пластины, вырезанной перпендикулярно оси роста из начала слитка, представлена на рис.5а. Средняя плотность дислокаций для этой пластины равна N ~ 2х103 см-2, в центральной части она выше: N ~ 6х103 см 2. Топограмма была получена в сильно асимметричном

отражении [202], поэтому изображения вытянутых вдоль оси слитка дефектов видны в проекции на по-

Рис.6. Часть топограммы пластины, вырезанной перпендикулярно оси роста из конца слитка. На краю пластины фиксируются изображения включений типа «solute trails» (а). Соответствующее РЭМ изображение включения типа «solute trails» (б)

б

а

верхность образца. Расположенные в объеме кристалла части каждого из дефектов на рис.5а формируют изображение в виде широких диффузных хвостов; при пересечении каждым таким дефектом выходной для рентгеновских лучей поверхности кристалла фиксируются розетки контраста, характерные для включений. Исследования этой области методами РЭМ и EDAX, действительно, обнаруживают включения второй фазы размером ~1-2 мкм с составом, лежащим в фазовом треугольнике вдоль псевдобинарного разреза ZGP-GeP2. Типичное РЭМ изображение таких включений представлено на рис.5 б.

Анализ топограмм, полученных из различных частей слитка, показывает закономерное снижение плотности дислокаций к его концу. Средняя плотность дислокаций в конце слитка составляла ~2,5*102 см-2, в центральной части (вблизи оси слитка) ~1,2*103 см-2.

На рис.ба представлена часть топограммы от пластины, вырезанной из конца слитка. Вблизи края пластины фиксируются в большом количестве изо-

бражения включений другого типа, так называемых «solute trails», образующих цепочки вдоль оси роста слитка. Рис.66 показывает изображение соответствующего включения из «solute trails», полученное методом РЭМ. Как правило, «solute trails» формируются в центре поперечного сечения слитка, но здесь они образовались на краю образца, что свидетельствует о смене вогнутой формы фронта кристаллизации на выпуклую из-за смены условий роста в конце слитка за счет краевых эффектов. EDAX выявляет, что состав этих включений находится вблизи разреза ZnP2-ZGP. На топограммах начальной и средней частей слитка «solute trails» отсутствовали.

Рис.7а показывает топограмму продольного среза образца, но другого кристалла. Этот кристалл был легирован цинком и обозначен как №1 на рис.1. Соответствующее РЭМ изображение представлено на рис.7б. Как видно из топограммы, включения, входящие в цепочки «solute trails», генерируют дислокации с большой краевой компонентой вектора Бюргерса.

О

1 Й мт^ййки ГТ 1 Pi F У, 1 Й R Й X Й7 Р, F

Рис.7. Топограмма продольного среза кристалла, легированного цинком, содержащего «solute trails» (а). РЭМ изображение цепочки включений «solute trails» в этом кристалле (б)

б

я

состав вктчени^

Рис.8. Фазовый треугольник тройной системы Zn-Ge-P с указанием состава всех найденных включений

Дислокационные изображения размыты из-за мощных примесных атмосфер, связанных с дислокациями. Состав включений типа «solute trails» легированного кристалла находится, согласно EDAX, в фазовом треугольнике Zn-Zn3P2-Ge. На рис.8 отражены составы всех найденных включений.

Спектры оптического поглощения

В области длин волн X = 2,5-8 мкм кристаллы ZGP, как правило, обладают высокой прозрачностью, поэтому эта часть спектра нами регулярно не исследуется. На рис.9 изображены типичные спектры оптического поглощения полученных нами кристаллов ZGP в области X = 0,65-2,6 мкм. В состоянии «as-grown» (кривая 1) значение коэффициента поглощения на длине волны 2,06 мкм составляет около ~0,3-0,5 см-1, что превышает уровень допустимых потерь в кристаллах, предназначенных для параметрических генераторов света при накачке излучением в области X~2 мкм. Это поглощение можно значительно понизить путем термического отжига и облучения электронами с высокой энергией. Так, после отжига кристаллов, проводимого при температуре 600°С в течение 400 ч, коэффициент поглощения на длине волны 2,06 мкм может быть уменьшен до значений -0,1-0,07 см-1 (кривая 2). Облучение электронами с энергией 4 МэВ (кривая 3) является более эффективным методом снижения оптических потерь кристаллов ZGP в примесной области спектра поглощения. При оптимизации режимов облучения коэффициент оптического поглощения кристаллов можно понизить до значений, не превышающих 0,02 см-1 для X = 2,06 мкм, что позволяет создавать

длина волны,мкм

Рис.9. Спектры коэффициента оптического поглощения кристаллов, о — луч: 1 — «as-grown», 2 — после отжига, 3 — после обучения

Заключение

Разработана высокопродуктивная методика для синтеза ZGP из элементов, позволяющая получать более 500 граммов за один процесс. Разработана высокопроизводительная методика выращивания методом Бриджмена на затравку высококачественных монокристаллов ZGP. Полученные монокристаллы имеют диаметр 20-45 мм и длину 100-170 мм. Выход монокристаллов составляет ~80%. О высоком структурном совершенстве кристаллов свидетельствуют факт наличия в них эффекта Бормана и данные трансмиссионной рентгеновской топографии на основе этого эффекта. Анализ образцов, вырезанных продольно и поперечно к оси роста, проведенный методом РТБ, позволил проследить изменения плотности дислокаций и других дефектов структуры в объеме слитка.

Метод Бормана позволил обнаружить полосы роста, когерентные и полукогерентные частицы вторых фаз, дислокации различного типа, включения разных составов в зависимости от местоположения образца в слитке. Было выявлено, что дислокационная структура в наших ZGP монокристаллах связана с высокой плотностью дислокаций (Nd > 105 см 2), возникающих на периферии затравки. Плотность дислокаций уменьшается от начала слитка к его концу от Nd ~3,5*103 см 2 до ~ 2,5*102 см 2, большая часть дислокаций выклинивается из кристалла, остальная часть скапливается вблизи оси роста.

Было найдено, что в начале слитка, выращенного из номинально стехиометрического состава, состав включений лежит на разрезе ZGP-GeP2, а включения в «solute trails», обнаруживаемые в конце слитка, имеют состав, близкий к разрезу ZGP-ZnP2 фазового треугольника Zn-Ge-P. Середина слитка не содержит включений.

Несмотря на наличие описанных дефектов, термический отжиг и облучение электронами наших ZGP кристаллов позволяют уменьшить коэффициент оптического поглощения до ~0,02 см-1, и открывают возможность создания эффективных источников 3-8 мкм диапазона с накачкой лазерным излучением в области 2 мкм. Дальнейшая работа должна быть направлена на выяснение влияния обнаруженных дефектов на оптические и другие свойства ZGP кристаллов. Выявленные дефекты, несомненно, должны взаимодействовать с точечными, а также влиять на порог оптического пробоя.

Работа поддержана грантом РФФИ 12-2-00201.

1. Nikogosyan D.N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey. N.Y.: Springer, 2005. 428 p.

2. Budni P.A., Pomeranz L A., Lemons M.L. et al. 10W mid-IR Holmium pumped ZnGeP2 OPO // Advanced Solid State Lasers. 1998. V.19. P.226-229.

3. Setzler S.D., Schunemann P.G., Pollak T.M. et al. Characterization of defect-related optical absorption in ZnGeP2 // J. Appl. Phys. 1999. V.86. P.6677.

4. Giles N. and Halliburton L.E. Native defects the ternary chalcopyrites // MRS Bulletin. 1998. V.23. Issue 7. P.37-40.

5. Deitz N., Tsveybak I., Ruderman W. et al. Native defect related optical properties of ZnGeP2 // Appl. Phys. Lett. 1994. V.65. Issue 22. P.2759.

6. Gribenyukov A.I., Verozubova G.A., Trofimov A.Yu. et al. Native point defect interactions in ZGP crystals under influence of e-beam irradiation // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2003. V.744. P.315.

7. Buehler E., Wernick J., Welley J. The ZnP2-Ge system and growth of single crystals of ZnGeP2 // J.of Electron. Mater. 1973. V.2. P.445-454.

8. Buehler E. and Wernick J.H. Concerning growth of single crystals of the II-IV-V diamond-like compounds ZnSiP2, CdSiP2, ZnGeP2, and CdSnP2 and standard enthalpies of formation for ZnSiP2 and CdSiP2 // J. Cryst. Growth. 1971. V.8. P.324-332.

9. Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Ткаль В.А. Рентгеновская дифракционная топография дефектов структуры в кристаллах на основе эффекта Бормана. В.Новгород: НовГУ, 2006. 493 с.

10. Грибенюков А.И., Верозубова Г.А., Короткова В.В., Трофимов А.Ю. Анизотропия оптического поглощения в монокристаллах ZnGeP2 // Известия вузов. Материалы электронной техники. 2004. №2. С.39.

11. Вайполин А.А., Кесаманли Ф.П., Рудь Ю.В. Получение и свойства ZnSnAs2 // Известия АН СССР. Сер.: Неорг. матер. 1967. Т.3. С.974.

12. Masumoto K., Isomura S., Goto W. The preparation and properties of ZnGeP2 and CdGeP2 semiconducting compounds//J. Phys.Chem. Solids. 1966. V.27. P.1939.

13. Fiechter S., Castleberry R., Angelow M., Bachman K. Melt Growth of ZnGeP2: Homogeneity Range and Thermochemical Properties // Proc. Mater. Res. Soc. Pittsburgh, Pennsylvania. 1997. V.450. P.315.

14. Верозубова Г.А., Грибенюков А.И., Миронов Ю.П. Двух-температурный синтез полупроводника ZnGeP2 // Неорганические материалы. 2007. Т.43. №10. С.1-6.

15. Верозубова Г.А., Грибенюков А.И. Рост кристаллов ZnGeP2 из расплава // Кристаллография. 2008. Т.53. №1. С.175-180.

1.

References

Nikogosyan D.N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey. Springer, Berlin, 2005.

2. Budni P.A., Pomeranz L.A., Lemons M.L., Schunemann P.G., Pollak T.M., Chicklis E.P. 10 W mid-IR holmium pumped ZnGeP2 OPO. Advanced Solid State Lasers, 1998, vol. 19, pp. 226-229.

3. Setzler S.D., Schunemann P.G., Pollak T.M., Ohmer M.C., Goldstein J.T., Hopkins F.K., Stevens K.T., Halliburton L.E., Giles N.C. Characterization of defect-related optical absorption in ZnGeP2. Journal of Applied Physics, 1999, vol. 86, no. 12, pp. 6677-6681.

4. Giles N.C., Halliburton L.E. Native defects in the ternary chalcopyrites. MRS Bulletin, 1998, vol. 23, iss. 7, pp. 3740.

5. Deitz N., Tsveybak I., Ruderman W., Wood G., Bachmann K. Native defect related optical properties of ZnGeP2. Applied Physics Letters, 1994, vol. 65, no. 22, pp. 2759-2761.

6. Gribenyukov A.I., Verozubova G.A., Trofimov A.Yu., Vere A.W., Flynn C.J. Native point defect interaction in ZGP crystals under influence of e-beam irradiation. Materials Research Society Symposium Proceedings, 2003, vol. 744, pp.315-320.

7. Buehler E., Wernick J., Welley J. The ZnP2Ge system and growth of single crystals of ZnGeP2. Journal of Electronic Materials, 1973, vol. 2, no. 3, pp. 445-454.

8. Buehler E., Wernick J.H. Concerning growth of single crystal of the II-IV-V diamond-like compounds ZnSiP"2, CdSiP"2, ZnGeP"2, and CdSnP"2 and standard enthalpies of formation for ZnSiP"2 and CdSiP"2. Journal of Crystal Growth, 1971, no. 8, pp. 324-332.

9. Danil'chuk L.N., Okunev A.O., Tkal' V.A. Rentgenovskaia difraktsionnaia topografiia defektov struktury v kristallakh na osnove effekta Bormana [X-ray diffraction topography of structural defects in crystals based on the Borrmann effect]. Veliky Novgorod, NovSU Publ., 2006. 493 p.

10. Gribeniukov A.I., Verozubova G.A., Korotkova V.V., Trofi-mov A.Iu. Anizotropiia opticheskogo pogloshcheniia v monokristallakh ZnGeP2 [Anisotropy of optical absorption in ZnGeP2 single crystals]. Izvestiia vysshikh uchebnykh zave-denii. Materialy elektronnoi tekhniki - Materials of Electronics Engineering, 2004, no. 2, pp. 39-42.

11. Vaipolin A. A., Kesamanli F.P., Rud' Iu.V. Poluchenie i svoistva ZnSnAs2 [Obtaining ZnSnAs2 and its properties], Izvestiia AN SSSR, Neorganicheskie materially, 1967, no. 3, pp. 974-983

12. Masumoto K., Isomura S., Goto W. The preparation and properties of ZnSiAs2, ZnGeP2 and CdGeP2 semiconducting compounds. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1966, vol. 27, pp. 1939-1947.

13. Fiechter S., Castleberry R., Angelow M., Bachman K. Melt growth of ZnGeP2: homogeneity range and thermochemical properties. Materials Research Society Symposium Proceedings. Pittsburgh, Pennsylvania, 1997, vol. 450, pp. 315-320.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14. Verozubova G.A., Gribeniukov A.I., Mironov Iu.P. Dvuk-htemperaturnyi sintez poluprovodnika ZnGeP2 [Two-temperature synthesis of ZnGeP2]. Neorganicheskie materi-aly - Inorganic Materials, 2007, vol. 43, no. 10, pp. 10401045.

15. Verozubova G.A., Gribeniukov AI. Rost kristallov ZnGeP2 iz rasplava [Growth of ZnGeP2 crystals from melt]. Kristallografiia -Crystallography Reports, 2008, v.53, no.1, pp.158-163.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.