WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 3 Фотоэлектрические и электрические свойства поликристаллических слоев CdxHg1-xTe на подложках GaAs © В.А. Гнатюк¶, Е.С. Городниченко, П.Е. Мозоль, А.И. Власенко Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 11 января 1999 г. Принята к печати 22 сентября 1999 г.) Исследованы температурные зависимости проводимости, концентрации, подвижности электронов, а также спектры фотопроводимости и люксамперные характеристики поликристаллических слоев Cd0.8Hg0.2Te, выращенных на подложках GaAs. Обсуждаются особенности токопереноса и фотопроводимости полученных структур CdxHg1-xTe/CdTe/GaAs. Установлено, что высокая фоточувствительность при температуре 300 K и скачок люксамперной характеристики при высоких уровнях возбуждения обусловлены влиянием электрически активных межзеренных границ, создающих потенциальные барьеры для дрейфа и рекомбинации носителей заряда. В рамках барьерной модели полупроводника со случайным потенциальным рельефом показано, что при высоких уровнях возбуждения импульсами излучения рубинового или неодимового лазеров амплитуда потенциальных барьеров на границах зерен понижается из-за экранировки неравновесными носителями.

Настоящая работа посвящена изучению электронов neff(T ) (рис. 1, кривая 2) носят активавозможности практического использования технологии ционный характер с одинаковой энергией активации, равной Ea1 = 112 мэВ, которая отвечает акцепторному поликристаллического выращивания твердых растворов комплексу VCd+ Cl [1]. При более низких температурах CdxHg1-xTe (КРТ) на альтернативных подложках (T = 77-200 K) активационный характер зависимости GaAs. Объектами исследования служили высокоомные neff(T ) сохраняется, но с меньшей энергией активации ( = 1.9 · 103 Ом · см) поликристаллические слои Ea2 = 30 мэВ, что отвечает акцепторному уровню и, поCd0.8Hg0.2Te, выращенные методом ”испарение– видимому, связано с термической ионизацией примеси, а конденсация–диффузия” в изотермическом режиме на -1/(T ) имеет линейную зависимость в ln (T ) = f (T ).

предварительно изготовленных структурах: поликриТакой характер зависимости (T ) удовлетворительсталлический буферный слой CdTe, подложка из но описывается соотношением Мотта (T ) = полуизолирующего GaAs (100) толщиной 20 мкм exp[-(T0/T )1/4] (где 0 и T0 — постоянные для и средним размером зерна 30 мкм. Слои имели данного образца), что присуще сильно легированным n-тип проводимости с эффективными значениями или компенсированным полупроводникам и может свидеконцентрации neff = 3.2 · 1013 см-3 и подвижности тельствовать о прыжковом механизме электропроводноэлектронов µeff = 1.05 · 102 см2/(В · с) при T = 300 K.

сти по локализованным состояниям вблизи уровня ФерСпектральные характеристики фотопроводимости ми [2]. Эти состояния в поликристаллических слоях КРТ, (ФП) и люксамперные характеристики (ЛАХ) исследопо-видимому, создаются протяженными дефектами — вались при температуре T = 77 и 300 K по стандартным границами зерен. Однако, прыжковая проводимость в методикам при оптическом возбуждении со стороны хвостах плотности состояний обычно наблюдается при слоя КРТ. Измерения ЛАХ и времени жизни неравновестемпературах, меньших чем 77 K [2–4]. Поэтому, наиных носителей заряда, которое рассчитывалось по криболее вероятно, что зависимость (T ) в интервале вым релаксации импульсов фототока, осуществлялись в T = 77-200 K соответствует модели прыжков переменлинейном режиме. Источниками излучения были мноной длины [5].

гомодовый рубиновый ( = 0.694 мкм) и неодимовый Различие в ходе температурных зависимостей (T ) и ( = 1.06 мкм) лазеры, работающие в режиме модулироneff(T ) при низких температурах может объясняться тем, ванной добротности с длительностью импульса t = 20 нс.

что эффективное значение концентрации электронов, Электрические параметры поликристаллических слоев определяемое по результатам измерений коэффициента КРТ определялись методом Ван-дер-Пау. Структура и Холла, отражает механизм токопереноса по всему объабсолютное значение компонентного состава твердого ему, включая высокоомную межзеренную прослойку, а раствора x определялись при помощи рентгеновского электропроводность обусловливается токопереносом по спектрального электронно-зондового микроанализатора зернам поликристаллического слоя КРТ.

Температурные зависимости подвижности µeff(T ) не ”Суперзонд-733”. Результаты эксперимента можно носили активационного характера.

кратко суммировать следующим образом.

2. Фоточувствительность слоев КРТ в спектральном 1. В диапазоне высоких температур (T = 200-300 K) диапазоне = 0.4-1.6 мкм по порядку величины не температурные зависимости удельной электропроводноуступала фоточувствительности структурно совершенсти (T ) (рис. 1, кривая 1) и эффективной концентрации ных монокристаллов CdTe и КРТ соответствующего ¶ состава [6–8]. Интегральный сигнал ФП образцов при E-mail: gnatyuk@class.semicond.kiev.ua Fax: ++380 44 2658342 комнатной температуре был выше, чем при T = 77 K.

262 В.А. Гнатюк, Е.С. Городниченко, П.Е. Мозоль, А.И. Власенко ЛАХ поликристаллических слоев КРТ при T = 300 K имеет нестандартный вид. С увеличением интенсивности лазерных импульсов наклон ЛАХ изменяется со значения 0.5 на 1 (кривая 2). При этом время жизни неравновесных носителей заряда, оцениваемое по долговременной составляющей спада импульса ФП, уменьшается более чем на порядок. Аналогичный вид ЛАХ имеет место и при возбуждении ФП наносекундными импульсами излучения рубинового лазера. Особенность кинетики ФП при T = 300 K (рис. 2, a, кривая 2), проявляющаяся в скачке ЛАХ при интенсивностях лазерного излучения I = I 5 · 1023 квант/см2 · с, и резкое падение времени жизни неравновесных носителей заряда при этом (рис. 2, b) связаны с наличием потенциальных барьеров на межзеренных границах поликристаллического слоя КРТ и влиянием их на рекомбинационные процессы.

Поликристаллический слой КРТ, содержащий макроскопические неоднородности — границы зерен, можно рассматривать как полупроводник со случайным потенциальным рельефом V(r) [9]. Такой потенциал вызывает пространственное разделение генерируемых светом электронно-дырочных пар, что приводит к резкому росту времени жизни неравновесных носителей заряда. Этим обстоятельством может объясняться наличие долговременных составляющих с аномально большими постоянными времени релаксации на кинетике ФП при измерениях ЛАХ при T = 77 K (рис. 2, a, кривая 1) и на участке ЛАХ с наклоном 0.5 при T = 300 K (кривая 2).

При освещении поликристаллического слоя излучением с энергией кванта h и интенсивностью I в 1 смза 1 с генерируется I электронно-дырочных пар, где — коэффициент межзонного поглощения, —квантовый выход. Пары разносятся внутренним электричеРис. 1. Температурные зависимости удельной электропроским полем E = V /e (e — заряд электрона) и водности (T ) (1) и эффективной концентрации электронов локализуются в экстремумах V(r), ближайших к точке neff(T ) (2) поликристаллических слоев CdxHg1-xTe.

рождения пары. Причем характеристическое время этого процесса всегда меньше времени рекомбинации r в отсутствии пространственного разделения электронов и дырок.

3. ЛАХ исследуемых слоев при T = 77 K имеет наклон В освещенном неоднородном полупроводнике носите 1 и 0.5 (рис. 2, a, кривая 1), что соответствует ли могут считаться квазиравновесными и характеризозона-зонной генерации неравновесных носителей заряда ваться электронным Fe и дырочным Fh квазиуровнями и линейной, а при высших интенсивностях лазерного Ферми, отсчитанными от края соответствующих зон. Для излучения I > 3 · 1024 квант/см2 · с — квадратичной их того чтобы электрону оказаться в одной точке пространрекомбинации. Измерение кинетики ФП показало, что во всем исследуемом диапазоне интенсивностей возбу- ства с дыркой и рекомбинировать, ему необходимо преодолеть потенциальный барьер высотой E = Eg-Fe+Fh ждения фронт нарастания кривых релаксации фототока (здесь Eg — ширина запрещенной зоны) [9]. При этом повторяет фронт лазерного импульса, а их спад, вид которого зависел от температуры образца и интенсив- время жизни неравновесных носителей заряда равно ности излучения, состоит из двух участков с характериE стическими временами, соответствующими быстрому и = r exp, (1) kT медленному каналам рекомбинации (рис. 2, a, кинетика а их стационарная концентрация описывается выраФП при кривых 1, 2). При T = 77 K с ростом интенжением сивности лазерного возбуждения вклад долговременной E составляющей в общий характер релаксации фототока n = Ir exp, (2) kT уменьшается, при этом ее постоянная времени релаксации возрастает (кинетика ФП при кривой 1). где k — постоянная Больцмана.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Фотоэлектрические и электрические свойства поликристаллических слоев CdxHg1-xTe... Рис. 2. a — люксамперные характеристики поликристаллических слоев CdxHg1-xTe и кривые релаксации фотопроводимости при возбуждении импульсами излучения неодимового лазера при T = 77 (1) и 300 K (2). b — зависимость постоянной времени релаксации фототока от интенсивности импульсов излучения неодимового лазера при T = 300 K.

Как следует из (1), измеряемое время жизни нерав- ных носителей заряда n от интенсивности излучения, новесных носителей заряда тем больше, чем выше которая в общем случае имеет вид n(I) Ia, где a потенциальный барьер E при не слишком высоких тем- зависит от механизма рекомбинации [1,2]. Так как квазипературах. Наблюдавшееся в эксперименте некоторое уровни Ферми определяются концентрацией носителей, уменьшение амплитуды долговременной компоненты на то выражение (2) задает зависимость n(I) в неявном кривых релаксации фототока с ростом интенсивности виде. Ее характер различен при разных интенсивностях лазерных импульсов при T = 77 K (рис. 2, a, кинетика излучения и, поскольку ФП при кривой 1) есть результат частичного снижеd(Fe - Fh) ния потенциального барьера E при высоких уровнях > 0, (3) возбуждения, что качественно согласуется с выражени- d(n) ем (1). При T = 77 K ЛАХ поликристаллических очевидно, что зависимость n(I) может носить субслоев имеет характерный для твердых растворов КРТ соответствующего состава [1] вид — линейный уча- линейный (a < 1) или в предельном случае (d(Fe - Fh)/d(n) = 0) —линейный (a = 1) хараксток, переходящий при высоких уровнях возбуждения тер. Концентрации неравновесных электронов и дырок (I > 1.3 · 1024 квант/см2 · с) в сублинейный с наклоном можно полагать одинаковыми и равными n, а кон 0.5 (рис. 2, a, кривая 1), что является свидетельством развития рекомбинационных процессов преимуществен- центрацию равновесных дырок пренебрежительно малой но в объеме зерен. Несоответствие наклона сублиней- по сравнению с n0 и n, что обычно выполняется в компенсированных полупроводниках. Если при этом ного участка ЛАХ (при T = 77 K) при высоких уровнях возбуждения (рис. 2, a, кривая 1) указанному типу реком- выполняется условие бинации ( 0.5 вместо требуемого 0.33 [1]) может быть e6Nсвязано с влиянием электрически активных границ зерен Ir, (4) на рекомбинационные процессы вследствие понижения (kT )потенциальных барьеров из-за их экранировки неравно(где N — концентрация примесей, — диэлектрическая весными носителями.

проницаемость), то экранировка неравновесными носиВозбуждение исследуемых поликристаллических слотелями заряда понижает амплитуду рекомбинационного ев КРТ импульсами излучения лазера при T = 300 K, потенциального барьера V(r) до величины kT [9]. При когда повышение температуры по сравнению с T = 77 K, этом (2) принимает вид, характерный для однородных вследствие термической активации понижает амплитуду образцов:

рекомбинационного барьера E на 19.2 мэВ, что, однако, недостаточно для его преодоления. ЛАХ ФП в основном n = Ir. (5) определяется зависимостью концентрации неравновесФизика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 264 В.А. Гнатюк, Е.С. Городниченко, П.Е. Мозоль, А.И. Власенко В данном случае = 102 см-1, r = 2 · 10-8 с, и интенсивность излучения удовлетворяет неравенству N = 3.4·1018 см-3, = 12.52, в случае однофотонного e6N2 E0 e6Nвозбуждения может быть принят равным единице, выexp - Ir, (8) (kT )3 kT (kT )ражение (4) справедливо при значениях интенсивности лазерных импульсов I I, при которых коэффициент выражение (2) можно привести к виду наклона ЛАХ (T = 300 K) изменялся с 0.5 на (рис. 2, a, кривая 2). Из выражения (5) при I = I e6N2 -получаем n = 1018 см-3. При вычислениях (4), n N2 e2 kT ln. (9) (kT )3Ir (5) не учитывалось изменение температуры образца, которая при используемых интенсивностях излучения Здесь — численный множитель порядка единицы, изменяется незначительно. Из условия Fe +Fh = h -Eg, определяющего предельную концентрацию неравновесe2N2/E0, (10) ных носителей заряда, которую можно достичь в полу(n0)1/проводнике за счет однофотонного поглощения [10] при характерная амплитуда потенциального барьера V(r) использовании неодимового лазера h - Eg = 0.87 мэВ в отсутствии освещения, которая при указанных паи при отношении эффективных масс электронов и дырок раметрах твердого раствора КРТ и значении темme/mp = 0.2 [1], значение максимальной концентрации новой концентрации электронов n0 = 3 · 105 см-электронов 1020 см-3. Оценка n из выражения (5) равна E0 = 180 мэВ. Выражение (8) спрапоказывает, что достигаемая концентрация неравновесведливо при интенсивностях лазерного излучения ных носителей при интенсивностях лазерного возбужде5 · 1020 квант/см2 · с < I < I. При таком возбуждении в ния I < I < 1025 квант/см2 · с не превышала преполикристаллическом слое КРТ создается концентрация дельное значение, определяемое эффектом Бурштейна– неравновесных носителей 1015 см-3 < n < 1018 см-3, Мосса. Поэтому коэффициент междузонного поглощет. е. (8) справедливо при такой интенсивности импульсов ния можно полагать не зависящим от концентрации лазерного излучения, которая в однородном образце неравновесных носителей, и следовательно, от интенсивс тем же r создавала бы концентрацию носителей в ности импульсов лазера в указанном диапазоне.

указанном диапазоне.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.