WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 4 О процессах захвата неосновных носителей тока в CdxHg1-xTe n-типа при низких температурах © С.Г. Гасан-заде, Г.А. Шепельский Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 252650 Киев, Украина (Получена 2 июня 1997 г. Принята к печати 14 июля 1997 г.) В кристаллах CdxHg1-xTe n-типа измерены фотопроводимость и фотоэлектромагнитный эффект в условиях однооосной упругой деформации. Показано, что рост времени жизни носителей тока в низкотемпературном диапазоне (T < 40-50 K) связан не с межзонной оже-рекомбинацией, а с захватом неосновных носителей тока — дырок на мелкие уровни прилипания акцепторного типа.

Рекомбинационные механизмы в узкощелевых полу- предположение основывается на избирательном харакпроводниках CdxHg1-xTe (x = 0.2-0.3) — материа- тере воздействия упругой направленной деформации на ле инфракрасной (ИК)-фотоэлектроники для диапазо- электронные состояния зоны проводимости и донорных на 3-5 и 10-12 мкм в настоящее время достаточно хо- уровней, с одной стороны, и валентной зоны и связанных рошо изучены (см., например, обзор [1]). В особенности с ней акцепторных уровней — с другой, в кристаллах с это относится к материалу n-типа и обычному рабоче- кубической симметрией. В самом деле, одноосное напряму диапазону температур фотоприемников (77-300 K). жение практически не затрагивает зону проводимости, Что же касается более низкотемпературного диапазона если не считать внесения небольшой анизотропии. Связанные с зоной проводимости доноры также практически (4.2-50 K), то здесь результаты оказываются не столь не испытывают воздействия деформации. Совсем иначе ясны. В частности, существуют различные точки зрения обстоит дело с валентной зоной, которая в отсутствие на причины быстрого роста времени жизни носителей тока при понижении температуры T < 40 K в кристал- деформации вырождена в точке k = 0 — точке касания зон тяжелых и легких дырок. Понижая симметрию лах n-типа. Рост может быть объяснен (как ив области кристалла, одноосное напряжение снимает вырождение собственной проводимости) доминированием межзонной оже-рекомбинации [2,3]. Это связано с наличием в зави- валентной зоны. В результате четырехкратно вырожден g b ная с учетом спина валентная зона расщепляется на симости A(T ) экспоненциального фактора exp ·, 1+b kT обеспечивающего выполнение законов сохранения энер- две подзоны с анизотропными эффективными массами дырок [5]. Величина расщепления между зонами в точке гии и импульса при рекомбинационных переходах. Здесь k = 0 оказывается равной b = mv/mc — соотношение эффективных масс тяжелых дырок и электронов зоны проводимости.

p = |b|(s11 - s12) · для направления С другой стороны, к резкому росту может приводить захват неосновных носителей тока — дырок на мелкие деформации [100], уровни прилипания акцепторного типа [4].

Одновременное измерение фотопроводимости (ФП) p = |d|s44 для направления 8 и фотомагнитного эффекта (ФМЭ) на одном и том деформации [111], же образце может оказаться полезным для определения механизма рекомбинации в описанном случае. ДействиЗдесь b и d — константы деформационного потенциала, тельно, в материале n-типа PM оказывается близким к si j — компоненты тензора упругой податливости, — времени жизни неосновных носителей тока дырок, тогда величина одноосного напряжения.

как, полученное из измерения ФП (PC) соответствует При слабых деформациях, когда EP < EA, четырехвремени жизни электронов. Значительное расхождение кратно вырожденный акцепторный уровень также расв значениях PC и PM (причем всегда должно выпол- щепляется на два, а величина расщепления EA оказываняться соотношение PM < PC) исключает межзонную ется порядка расщепления валентной зоны. В обычных оже-рекомбинацию как основной механизм релаксации полупроводниках, например Ge, Si, из-за небольшого по концентрации неравновесных носителей тока. Однако величине отношения эффективных масс тяжелых и легразница в значениях PM и PC еще не свидетельствует о ких дырок mh/ml воздействие одноосной деформации на наличии эффекта прилипания неосновных носителей, по- параметры валентной зоны и акцепторных уровней окаскольку соотношение PM 50. Поэтому расещепление кий рекомбинационный уровень в модели Шокли–Рида.

подзон, изменение эффективных масс дырок в зонах и Для получения однозначного результата в данной си- глубины залегания акцепторов при тех же значениях туации может оказаться полезным приложение к кри- деформации оказываются много сильнее [6]. Действисталлу механического одноосного напряжения. Такое тельно, уже при = 1 кбар величина расщепления О процессах захвата неосновных носителей тока в CdxHg1-xTe n-типа при низких температурах массы дырок в верхней подзоне темп оже-рекомбинации падает, а излучательной, напротив, — растет. Как видно из приведенных выше оценок, одноосное напряжение может выявить центры захвата неосновных носителей тока — дырок в n-CdHgTe и в пределе — устранить сам механизм захвата.

Экспериментальные измерения ФП и ФМЭ в стационарном режиме в условиях одноосной упругой деформации были выполнены на ряде образцов n-типа.

Экспериментальные методики измерений и подготовки образов описаны в [8].

Характерной особенностью исследуемых образцов был достаточно резкий рост PC в области температур T < 30-40 K. Полная температурная зависимость PC была получена на образцах n-CdxHg1-xTe в диапазоне 10-300 K (рис. 1). На некоторых образцах были также записаны температурные зависимости ФМЭ. Как видно из рисунка, рост ФП и одновременный спад ФМЭ в Рис. 1. Температурные зависимости времени жизни, опренизкотемпературном диапазоне может надежно свидеделенные из ФП (1) и ФМЭ (2) для образца n-CdxHg1-xTe.

тельствовать о примесном, а не межзонном характере рекомбинации в указанном диапазоне температур.

На рис. 2 и 3 приведены деформационные зависимости зон EP = 12 мэВ для направления деформации [100], ФП и ФМЭ при разных температурах. В качестве источчто превышает глубину залегания мелких ацепторов в ника излучения использовался лазер ЛГ-126 ( = 0.63, исходно кристалле. В этом случае при низких температу1.15 и 3.39 мкм). Следует сказать, что по крайней мере рах носители заселяют лишь верхнюю из расщепившихпри T = 10-30 K для всех исследуемых образцов ся валентных подзон, а основное состояние акцептора n-CdxHg1-xTe наблюдаются качественно схожие зависиформируется из энергетических состояний потолка этой мости: с ростом напряжения происходит уменьшение зоны. Энергию акцептора можно искать как энергию сигнала ФП и увеличение ФМЭ. Изменение длины волкулоновского центра в простой анизотропной зоне с ны возбуждающего излучения не приводит к изменению эффективными массами вида этих зависимостей. Приведенные деформационные m =(1 +2)m0 и m =(1 - )m Здесь 1, = 2 = 3 — параметры Латтин жера. В исходном кристалле масса тяжелых дырок mh =(1 -2)-1 ·m0. Поскольку усредненная эффектив ная масса верхней из расщепленных подзон оказывается при этом много меньше mh исходного кристалла, это приводит к увеличению боровского радиуса акцепторного центра (a) и уменьшению его энергии ионизации. При нулевой деформации a0 = (2mh · A)-1/2. В пределе бескончной деформации a = (2m2 m )1/3 · A -1/2.

Если концентрация акцепторов в CdxHg1-xTe достаточно велика (NA > 1015 см-3), то одноосное сжатие 4 кбар вообще может привести к переходу Мотта (при выполнении условия Na = 0.02) [6]. При этом энергия основного состояния акцептора обращается в нуль.

Для нас важно, что одноосное напряжение приводит к быстрому уменьшению энергии ионизации акцептора.

В результате акцепторный уровень перестает быть эффективным центром захвата дырок, так как тепловой обмен носителями между уровнем и валентной зоной резко ускоряется. Ранее было показано, что приложение Рис. 2. Деформационные зависимости (P)/0 образодноосного напряжения оказывается удобным методом цов n-CdxHg1-xTe, определенные из ФМЭ (1, 2) и ФП (3, 4).

разделения межзонных механизмов рекомбинации — из- T = 15 K. [100]. 1, 4 — x = 0.220, n = 3.16 · 1014 см-3, лучательной и Оже [7]. Из-за уменьшения эффективной µn = 1.13 · 105 см2/В · с, 2, 3 — образец тот же, что и на рис. 1.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 438 С.Г. Гасан-заде, Г.А. Шепельский [5] Г.Л. Бир, Г.Е. Пикус. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках (М., 1972).

[6] А.В. Германенко, Г.М. Миньков, В.Л. Румянцев, О.Э. Рут, О.В. Инишева. ФТП, 23, 796 (1989).

[7] Ф.Т. Васько, С.Г. Гасан-заде, М.В. Стриха, Г.А. Шепельский.

Письма ЖЭТФ, 50, 287 (1989).

[8] С.Г. Гасан-заде, Г.А. Шепельский. ФТП, 27, 1326 (1993).

Редактор В.В. Чалдышев On capture of minority carriers in n-type CdxHg1-xTe at low temperatures S.G. Gasan-zade, G.A. Shepelskii Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of the Ukraine, Рис. 3. Зависимости (P)/0 от величины прикладываемого 252650 Kiev, the Ukraine сжатия для образца n-CdxHg1-xTe. T = 100 K. [100].

1 — определенная из ФМЭ, 2 — ФП. x = 0.220,

Abstract

Photoconductivity and photomagnetic effect in n-type n = 3.16 · 1014 см-3, µn = 1.13 · 105 см2/В · с.

CdxHg1-xTe have been measured under uniaxial elastic deformation. It has been shown that the increase in carrier lifetimes within a low temperature range (T < 40-50 K) is associated with capture of minority carriers (holes) by acceptor type shallow trapping levels зависимости, на наш взгляд однозначно свидетельствуют rather than with interband Auger recombination.

о наличии захвата неосновных носителей тока дырок в кристаллах n-типа при низких температурах. Время нахождения неосновных носителей на уровне прилипания начинает уменьшаться по мере роста упругого напряжения, что связано с уменьшением глубины залегания соответствующего акцептора EA.

Таким образом, именно захват дырок на мелкие акцепторы, а не оже-рекомбинация приводит к наблюдаемому росту с понижением температуры при T < 30-40 K.

Исходя из температурных зависимостей ФП в указанном диапазоне, энергия ионизации таких акцепторов в исходном состоянии у исследованных образцов находится в пределах 7-10 мэВ, а концентрация акцепторов NA оказывается меньше 1015 см-3.

Интересно, что при повышении температуры до T > 100 K изменения ФП и ФМЭ с деформацией, как и ожидалось, становятся одного знака. Действительно, в этой области температур время жизни носителей тока определяется уже межзонной ударной рекомбинацией (рекомбинацией Оже), а PC PM. В этом случае повышение вызвано уменьшением эффективной массы дырок в верхней из расщепленных валентных зон и в результате этого — с возрастанием порогов для оже-процессов.

Список литературы [1] Н.С. Барышев, Б.Л. Гельмонт, М.И. Ибрагимова. ФТП, 24, 209 (1990).

[2] I. Calas, I. Allegre. Phys. St. Sol. (b), 112, 179 (1982).

[3] R.R. Gerhards, R. Dornhaus, G. Nimtz. Sol. St. Electron., 21, 1467 (1978).

[4] Н.Л. Баженов, Б.Л. Гельмонт, В.И. Иванов-Омский, А.А. Малькова, В.К. Огородников, Т.У. Тотиева. ФТП, 16, 109 (1982).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 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.