WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 3 Влияние диффузии Te из подложки n-GaSb : Te на свойства твердых растворов GaInAsSb, выращенных в присутствии свинца © Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, А.Ф. Липаев, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко¶, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 3 августа 2004 г. Принята к печати 19 августа 2004 г.) Исследовано влияние диффузии Te из подложки n-GaSb : Te на транспортные и фотоэлектрические свойства твердых растворов GaInAsSb, выращенных из содержащих свинец растворов-расплавов. Показано, что наибольшее влияние диффузии Te из подложки наблюдается в эпитаксиальных слоях твердых растворов толщиной 1-2 мкм. В данных образцах при освещении их светом в области собственного поглощения возникает большой сигнал фотоэдс.

1. Введение минимум концентрации дырок (рис. 1, кривая 1), обусловленный, по-видимому, возрастанием степени комВ работах [1,2] было показано, что при выращи- пенсации из-за уменьшения концентрации комплекса вании нелегированных эпитаксиальных слоев (толщи- дефектов VGaGaSb с энергиями активации EA1 и EA2.

ной до 5 мкм) твердых растворов Ga1-x InxAsy Sb1-y Именно в таких твердых растворах с x = 0.15 влияние диффузии Te из подложки наиболее заметно.

(0 < x < 0.22, 0 < y < 0.18) на подложках n-GaSb : Te В таких образцах при освещении их светом кроме в процессе роста происходит диффузия теллура из фотопроводимости возникает большой сигнал фотоэдс подложки. При этом теллур действует двояко: с од(ФЭДС). Для увеличения чувствительности при изменой стороны, создает мелкие донорные уровни, а с рении фотосигналов спектральные исследования проводругой — наряду с присущими твердому раствору дились с использованием модулированного освещения GaInAsSb акцепторными уровнями с энергией активаобразца. Возникающий при этом переменный сигнал ции EA1 = 0.035 эВ и EA2 = 0.07 эВ, обусловленными регистрировался селективным усилителем и синхронприродными дефектами, создает новый акцепторный ным детектором на входе. Изучение ФЭДС провоуровень с энергией активации EA3 = 0.1 эВ, связанный с дилось для двух типов образцов: твердые растворы образованием структурного дефекта VGaTe. Было также p-Ga1-xInx AsySb1-y (x = 0.15), которые выращивались установлено, что примесь Te, диффундирующего из подна подложках n-GaSb : Te с дополнительным изолируюложки, сильно уменьшает подвижность дырок в твердом щим подслоем p-GaSb и без него. Спектральные зависирастворе, приводит к возрастанию поперечного (H j, мости ФЭДС, измеренные при T = 80 и 300 K, представj — вектор плотности тока в образце) магнитосопротив лены на рис. 2. Длинноволновая граница кривых соответ ления (при этом коэффициент магнитосопротив µH ления Br = / > 1), возникновению продоль c ного (H j) магнитосопротивления, к появлению отрицательной фотопроводимости и долговременной релаксации фотопроводимости. Эти явления могут быть объяснены существованием в материале неоднородно распределенных заряженных центров, возникающих в результате диффузии теллура и приводящих к образованию кластерных скоплений. Таким образом, теллур, диффундирующий из подложки, изменяет свойства твердых растворов GaInAsSb.

2. Результаты исследований Исследование свойств выращенных без использования свинца твердых растворов Ga1-xInxAsySb1-y в зависимости от состава показало [1,2], что при содержании Рис. 1. Зависимости концентрации дырок от содержания индия x = 0.15 в таких твердых растворах наблюдается индия (x) в твердых растворах Ga1-x Inx Asy Sb1-y: 1 — без ¶ E-mail: parkhomen@mail.ioffe.ru нейтрального растворителя Pb, 2 — в присутствии Pb.

328 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, А.Ф. Липаев, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская...

300 K 77 K № ФЭДС, Толоб- Наличие EAi, усл.ед.

ND Тип Тип щина, x K =, R, µ300,, R, µ77, NA раз- подслоя мкм прово- прово- Br эВ Ом-1см-1 см3/Кл см2/(В ·с) Ом-1см-1 см3/Кл см2/(В·с) ца 300 K 77 K димости димости 0.1 Есть 0.18 1.7 p 120 4.68 562 p 115 20.8 2400 1.0 0.1 3 0.0.2 Нет 0.18 5.0 p 46 5.6 233 p 14 26 366 5.2 0.06 0.61 11 0.0.3 Нет 0.18 2.0 n - - 2940 p 11 14.4 157 11.8 0.65 14 0.0.4 Есть 0.215 1.7 p 51 1.08 55 p 2.8 137.5 385 - 0.84 8 0.5 Нет 0.215 1.7 n - - 3330 n - - 450 - - - 11 ствует краю собственного поглощения. Ширина запре- в слой приводит к образованию структурного дефекщенной зоны материала составляет Eg = 0.606 эВ при та VGaTe. Данный дефект представляет собой неодноT = 80 K. Появление небольшой ФЭДС при T = 80 K в родно распределенные заряженные центры, образуюобразце с изолирующим подслоем (p77 = 6 · 1015 см-3, щие кластерные скопления, что и создает значительµ77 = 1950 см2/(В · c) — рис. 2, кривая 2) связано с ные потенциальные барьеры в объеме полупроводника.

неоднородным распределением компенсирующих при- В образце без дополнительного изолирующего подслоя месей и структурных дефектов в твердом растворе (p77 = 3.3 · 1016 см-3, µ77 = 377 см2/(В · с) — рис. 2, с x = 0.15. Выращивание твердых растворов без изо- кривая 1) — там, где была возможна диффузия Te — лирующего подслоя из-за диффузии Te из подложки сигнал ФЭДС возрастал более чем на порядок. Это можно объяснить существованием в материале значительных энергетических барьеров, разделяющих избыточные носители заряда полем. Следует отметить, что сигнал ФЭДС с ростом температуры падает на порядок (рис. 2, кривые 1 и 3) в результате уменьшения объема и высоты потенциальных барьеров, а также усиления термической ионизации центров.

Далее рассмотрим результаты исследований влияния Te, продиффундировавшего из подложки n-GaSb : Te, на транспортные и фотоэлектрические свойства эпитаксиальных слоев твердых растворов GaInAsSb, выращенных из содержащих свинец растворов-расплавов, и приведем сравнение со свойствами твердых растворов, выращенных на подложке n-GaSb : Te без использования свинца.

Свинец играет важную роль в получении твердых растворов Ga1-xInxAsy Sb1-y в области составов с x > 0.22, так как позволяет получать твердые растворы с высоким содержанием индия в твердой фазе x = 0.22-0.27 [3].

Такие твердые растворы имеют ширину запрещенной зоны Eg = 0.49-0.52 эВ (T = 300 K) и могут быть использованы для создания оптоэлектронных приборов в области длин волн = 2.3-2.7мкм.

В работе [3] нами было показано, что в твердых растворах Ga1-xInxAsy Sb1-y, выращенных из свинцовых растворов-расплавов на подложках n-GaSb : Te с дополнительным изолирующим подслоем p-GaSb (подРис. 2. Спектральные зависимости фотоэдс в твердых расслой с параметрами p = 6 · 1014 см-3 при T = 77 K, творах Ga1-x Inx AsySb1-y (x = 0.15), выращенных без исполь 400 Ом · см был получен из свинцового растворазования свинца: 1, 3 — без изолирующего подслоя, 2 — с изолирующим подслоем. 1, 2 — T = 80 K; 3 — T = 300 K. расплава), минимум концентрации дырок наблюдается Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Влияние диффузии Te из подложки n-GaSb : Te на свойства твердых растворов GaInAsSb... Рис. 3. Температурные зависимости подвижности носителей тока для твердых растворов Ga1-x Inx AsySb1-y, полученных в присутствии свинца: a — x = 0.18, b — x = 0.215. Номера кривых соответствуют номерам образцов в таблице.

при содержании In x = 0.22 (рис. 1, кривая 2). Принимая EA1 = 0.023 эВ и EA2 = 0.07 эВ. Магнитосопротивление µH во внимание подобие зависимостей 1 и 2 на этом в образце 1 невелико: Br = / = 1; продоль c рисунке, мы ожидаем, что при выращивании твердых ное магнитосопротивление отсутствует; ФЭДС практирастворов Ga1-xInx AsySb1-y из свинцовых растворовчески отсутствует.

расплавов Te, диффундирующий из подложки, будет Совсем другая картина наблюдается для того же оказывать наибольшее влияние на свойства материала твердого раствора с содержанием индия x = 0.18, но в области составов с x 0.22.

выращенного без дополнительного подслоя, когда телРассмотрим, как влияет Te из подложки на свойства лур диффундирует из подложки в твердый раствор.

твердых растворов Ga1-xInx AsySb1-y с x = 0.18 и 0.215, Если толщина образца 5 мкм (образец 2), то диффузия выращенных с использованием свинца. Были исследователлура происходит не на всю толщину слоя. При этом ны две группы образцов: эпитаксиальные слои твердых образец сохраняет p-тип проводимости, но значения растворов, выращенные на дополнительном изолируюподвижности меньше, чем в образце 1 как при 77, так щем подслое (образцы 1 и 4, см. таблицу), и слои, и при 300 K (рис. 3, a, ср. кривые 2 и 1). Поперечвыращенные непосредственно на подложке n-GaSb : Te ное магнитосопротивление возрастает, при этом (образцы 2, 3, 5). Измерялись электропроводность ( ), µH коэффициент Холла (R), подвижность (µ), поперечное Br = / достигает 5 и появляется ФЭДС. Все c эти эффекты указывают на существование крупных неодмагнитосопротивление и ФЭДС при температу нородностей, возникших из-за проникновения теллура из рах T = 77-300 K. Результаты измерений приведены в подложки в эпитаксиальный слой. Самые существенные таблице и на рис. 3 и 4.

изменения свойств твердого раствора Ga1-xInxAsySb1-y Как видно из таблицы, для твердого раствора с (x = 0.18, дополнительный подслой отсутствует) наx = 0.18 в образце 1 имеет место высокая подвижность блюдаются, когда толщина слоя составляет 2мкм дырок µ77 = 2400 см2/(В · c), обусловленная рассеянием на ионах примеси и колебаниях решетки. Температурная (образец 3). В данном случае Te проникает на всю зависимость коэффициента Холла позволяет определить глубину слоя, создавая крупные кластерные скопления.

в данном материале уровни с энергиями активации Из-за высокой степени компенсации тип проводимости Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 330 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, А.Ф. Липаев, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская...

T = 77 K равна µ77 = 450 см2/(В · с), а при температурах выше 150 K наблюдался резкий рост холловской подвижности из-за перехода к собственной проводимости (рис. 3, b, кривая 5). ФЭДС при T < 150 K составляла 360 усл.ед. (рис. 4, кривая 5). При повышении температуры ФЭДС медленно уменьшалась, а затем резко падала и при T = 300 K составляла 11 усл.ед. Такой ход температурной зависимости объясняется наличием в образце потенциальных барьеров, которые понижаются с повышением температуры, а также из-за усиления термической ионизации центров.

Важно отметить, что такие большие значения ФЭДС наблюдались только в образцах, выращенных без дополнительного подслоя (рис. 4, кривая 5). В образцах, выращенных с дополнительным подслоем, ФЭДС была на порядок ниже (рис. 4, кривая 4).

3. Заключение Исследовано влияние диффузии теллура из подложки n-GaSb : Te на электрические и фотоэлектрические свойства твердых растворов Ga1-xInxAsy Sb1-y, выращенных как без использования свинца (x = 0.15), так и из растворов-расплавов, содержащих свинец (x = 0.и 0.215).

Рис. 4. Температурные зависимости фотоэдс для твердого Получены следующие результаты.

раствора Ga1-x InxAsySb1-y (x = 0.215): 4 — с изолирующим 1. Наибольшее влияние диффузии теллура из подложподслоем; 5 — без изолирующего подслоя. Номера кривых ки наблюдается в твердых растворах Ga1-xInxAsySb1-y соответствуют номерам образцов в таблице.

с содержанием индия x = 0.15, изготовленных без использования свинца, и с x = 0.215, полученных в присутствии свинца, обладающих низкими концентрацией и подвижностью дырок.

изменяется с дырочного на электронный при T > 200 K.

2. Диффузия теллура из подложки n-GaSb : Te в тверВ таких образцах наблюдается очень большая ФЭДС, дые растворы Ga1-xInx Asy Sb1-y, выращенные без дополдостигающая 307 усл.ед. при T = 77 K (см. таблицу).

нительного подслоя, приводит к возникновению больДанная величина намного больше, чем в таких же шой ФЭДС при освещении образцов светом в области образцах, выращенных с дополнительным подслоем.

собственного поглощения. Наибольший сигнал ФЭДС Рассмотрим твердые растворы Ga1-xInxAsy Sb1-y с сонаблюдался при T = 77 K в тонких образцах с x = 0.15, держанием индия x = 0.215 (толщина слоев 1.7мкм), выращенных без использования свинца, и с x = 0.215 — выращенные из свинцовых растворов-расплавов как на в присутствии свинца.

дополнительном изолирующем подслое (образец 4), так Наблюдаемый эффект возникновения ФЭДС требует и непосредственно на подложке n-GaSb : Te (образец 5).

подробного исследования, так как может представлять В образце 4 (рис. 3, b, кривая 4) тип проводимости — интерес для изготовления высокочувствительных фотодырочный, однако подвижность значительно ниже, чем элементов.

в образце 1 с x = 0.18, выращенном на дополнительном подслое (рис. 3, a, кривая 1). Это связано с тем, что при x 0.22 наблюдается максимум степени компенсаСписок литературы ции, что приводит к сильной неоднородности материала (рис. 1, кривая 2). Из температурной зависимости ко- [1] А.Н. Баранов, А.Н. Дахно, Б.Е. Джуртанов, Т.С. Лагунова, эффициента Холла можно определить энергии актива- М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев. ФТП, 24, 98 (1990).

[2] А.Н. Баранов, Т.И. Воронина, А.Н. Дахно, Б.Е. Джуртанов, ции EA1 = 0.03 эВ и EA2 = 0.07 эВ. ФЭДС в образце Т.С. Лагунова, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев. ФТП, 24, составляла при T = 77 K 26 усл.ед., а при T = 300 K — 1072 (1990).

8усл.ед.

[3] Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. ПархоДля твердых растворов GaInAsSb с содержанием менко, Д.А. Васюков, Ю.П. Яковлев. ФТП, 35, 941 (2001).

индия x = 0.215, выращенных непосредственно на подРедактор Т.А. Полянская ложке n-GaSb : Te (образец 5), тип проводимости — электронный при 77 < T < 300 K. Подвижность при Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Влияние диффузии Te из подложки n-GaSb : Te на свойства твердых растворов GaInAsSb... Influence of the tellurium diffusion from a n-GaSb : Te substrate on properties of GaInAsSb solid solutions grown from lead-containing melts T.I. Voronina, T.S. Lagunova, A.F. Lipaev, E.V. Kunitsyna, Ya.A. Parkhomenko, M.A. Sipovskaya, Yu.P. Yakovlev Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

The influence of tellurium diffusion from a n-GaSb : Te substrate on transport and photoelectric properties of GaInAsSb solid solutions grown from lead-containing melts has been investigated for the first time. It is shown, that the strongest influence of the tellurium diffusion from the substrate is observed in epitaxial layers of 1-2 µm of thickness solid solutions having both low hole concentration and low hole mobility. In these samples a high photo-emf signal has been observed under light illumination in the region of the bandgap absorption.




© 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.