WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

X X X X Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 522 К.Д. Глинчук, А.В. Прохорович 3. Пример: использование метода для определения термически стимулированных изменений концентрации мелких акцепторов и доноров в арсениде галлия Корректное использование обсуждаемого метода мы проиллюстрируем на примере изучения вариаций концентрации мелких акцепторов и доноров в полуизолирующем GaAs, вызванных термическим воздействием (при температуре отжига Ta = 900C) различной длительности t (время отжига t изменялось от 20 до 90 мин). При T = 4.2 K проводимость GaAs определяется избыточными электронами и дырками. Для простоты мы ограничимся приведением спектров люминесценции и зависи+ + мостей IA0 /IX, ID X/IX, ID0 /IX, ID X/ID0 = f (L) при X X X фиксированном внешнем воздействии в отсутствие тер+ мообработки, а зависимостей IA0 /IX, ID X/IX, ID0 /IX, X X + ID X/ID0 = f (t) — при фиксированной интенсивности X возбуждения L. Отмеченное связано с тем, что приведенные далее зависимости отношений интенсивностей от L не зависят от длительности термообработки t, а зависимости от времени отжига — от L.

На рис. 1 приведен типичный спектр экситонной люминесценции исследуемого GaAs при T = 4.2K (люминесценция возбуждалась излучением He–Ne-лазера, Рис. 2. Зависимости интенсивностей экситонных полос люмиэнергия квантов he = 1.96 эВ). В спектре наблюдаются несценции IA X (1), ID+ (2), ID X (3) и IX (4), а также их отно0 X полосы люминесценции, обусловленные аннигиляцией шений IA X/IX (1 ), ID+ /IX (2 ), ID X/IX (3 ) и ID+ /ID X (4 ) 0 0 X X связанных (A0X, D+X, D0X) и свободных (X) экситонов.

от интенсивности возбуждения люминесценции L в исходном Положение максимумов излучения — hm = 1.512, полуизолирующем GaAs при T = 4.2 K. Соотношения между величинами IA X, ID+, ID X и IX произвольные; истинные 0 1.5133, 1.541 и 1.5153 эВ соответственно [8–13,22]. Как X соотношения видны из рис. 1.

отмечалось выше, вид спектров люминесценции не зависит от интенсивности возбуждения L и времени термообработки кристалла t, т. е. интенсивности различных полос в спектре одинаково изменяются с L На рис. 2 приведены типичные зависимости интенсиви при вариации времени отжига t изменяется лишь + ностей IA0, ID X, ID0 и IX (линии 1–4), а также их X X соотношение между интенсивностями полос в спектре.

отношений (линий 1 -4 ) от интенсивности возбуждения. Интенсивности полос люминесценции возрастают с увеличением L сверхлинейно ( L2), а их отношения не зависят от L. Аналогичная независимость отношений интенсивностей от L, как отмечалось выше, наблюдалась и в GaAs, прогретом различное время (t = 30 и 90 мин).

На рис. 3 приведены зависимости отношений интен+ + сивностей ID X/ID0, а также IA0 /IX, ID X/IX и ID0 /IX X X X от времени термообработки GaAs при температуре Ta = 900C. Вид этих зависимостей сохранялся при изменении L. Как видно из рис. 3, отношение интенсив+ ностей ID X/ID0 не зависит от времени t, а отношения X + IA0 /IX, ID X/IX и ID0 /IX немонотонно изменяются с t.

X X Из наблюдаемых на опыте квадратичных зависимо+ стей интенсивностей люминесценции IA0, ID X и IDX X от L, а также независимости отношений интенсивностей + + IA0 /IX, ID X/IX, ID0 /IX от L и ID X/ID0 от L и t X X X следует, что в исследуемом арсениде галлия nA0 NA Рис. 1. Спектр люминесценции исходного полуизолирующего X + GaAs при температуре T = 4.2 K и интенсивности возбужде- и nD X +nD0 ND, а p/n = f (L, F), т. е. выполняется X ния люминесценции L = 1018 фотон/см2с. соотношение A, D, D = f (L, F), необходимое + 0 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Особенности определения концентраций мелких примесей в полупроводниках из анализа... 4. Заключение Измеpение при T = 1.8-4.2 K отношения интенсивностей полос люминесценции, обусловленных аннигиляцией связанных и свободных экситонов, широко используется для определения концентраций мелких акцепторов NA и доноров ND в полупроводниках, а также для определения индуцированных внешними воздействиями изменений в их содержании. Однако необходимо иметь в виду, что этот метод дает корректные величины NA, ND, NA/ND и их зависимостей от различных воздействий F лишь в предположении, что при используемых значениях L и F имеет место „предельное“ (не зависящее от L и F) заполнение акцепторов дырками, а доноров — дырками и электронами. Отмеченное имеет место при близких концентрациях избыточных дырок p и электронов n либо когда их отношение p/n не зависит от L и F или при существенном отличии темпов Рис. 3. Зависимости отношений интенсивностей полос люмизахвата электронов и дырок рассматриваемыми дефектанесценции ID+ /ID X (1), IA X/IX (2), ID+ /IX (3) и ID X /IX 0 0 X X (4) от времени термообработки t полуизолирующего GaAs ми. В противном случае использование рассматриваемопри температуре Ta = 900C. Измерения проведены при го метода приведет к некорректным значениям NA, ND, T = 4.2 K и интенсивности возбуждения люминесценции NA/ND и их зависимостям от внешних воздействий.

L = 1018 фотон/см2с.

Список литературы [1] В.И. Гавриленко, А.М. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко. Оптические свойства полупроводников (Киев, Наук. думка, 1987).

[2] T. Taguchi, J. Shiraruji, Y. Inuishi. Phys. St. Sol. (b), 68, (1975).

[3] T. Shmidt, K. Lischka, W. Zulehner. Phys. Rev. B, 45, (1992).

[4] M. Tajima. Appl. Phys. Lett., 32, 719 (1978).

[5] H. Nakayama, T. Nishino, Y. Hamakawa. Japan. J. Appl. Phys., 19, 501 (1980).

[6] А.С. Каминский, Л.И. Колесник, Б.М. Лейферов, Я.Е. ПоРис. 4. Изменение концентрации мелких акцепторов NA (1) кровский. ЖПС, 36, 745 (1982).

и доноров ND (2, 3) при вариации времени термообработки t [7] Б.М. Лейферов, А.Г. Либинсон. Высокочистые вещества, полуизолирующего GaAs при Ta = 900C.

№ 1, 147 (1987).

[8] S. Ambros, W. Kamp, K. Wolter, M. Weyers, H. Heinecke, H. Kurz, P. Balk. J. Appl. Phys., 64, 5098 (1988).

[9] H.F. Pen, F.A. Driessen, S.M. Olsthoorn, L.J. Giling. Semicond.

для корректного использования рассматриваемого меSci. Technol., 7, 1400 (1992).

тода определения вариаций NA и ND при термическом [10] К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, О.Н. Стрильчук, воздействии (см. п. 2.2).6 Найденные этим методом А.В. Прохорович. ФТП, 34, 530 (2000).

вариации NA и ND с изменением времени отжига t [11] К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, О.Н. Стрильчук, в термообработанных при Ta = 900C полуизолируюА.В. Прохорович. ФТП, 34, 1311 (2000).

щем GaAs показаны на рис. 4. Концентрация мелких [12] Z.H. Lu, M.C. Hanna, D.M. Szmyd, E.G. Oh, A. Mejerfeld.

акцепторов NA (1) получена из данных IA0 /IX = f (t) Appl. Phys. Lett., 56, 177 (1990).

X (см. рис. 3); концентрация доноров ND (2, 3) — по [13] К.С. Журавлев, А.К. Калагин, Н.Т. Мешегов, А.И. Торопов, + Т.С. Шамирзаев. ФТП, 30, 1704 (1996).

зависимостям ID X/IX, ID0 /IX = f (t).

X [14] С.М. Рывкин. Фотоэлектрические явления в полупро6 водниках (М., Физматгиз, 1963).

Весьма вероятно, что независимость отношений интенсивностей IA X /IX и ID X /IX от L также связана с тем, что в исследуемом арсени- [15] В.Е. Лашкарев, А.В. Любченко, М.К. Шейнкман. Неравно0 де галлия выполняются соотношения c- p c0 n и c+ n c0 p весные процессы в фотопроводниках (Киев, Наук. думка, pA nA nD pD (см. п. 2.2). 1981).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 524 К.Д. Глинчук, А.В. Прохорович [16] К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, О.Н. Стрильчук, А.В. Прохорович. В сб.: Оптоэлектроника и полупроводниковая техника (Киев, Наук. думка, 2000) вып. 35, с. 176.

[17] Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках (М., Мир, 1973).

[18] M.J. Papastamation, G.L. Papaioannae. J. Appl. Phys., 68, 1094 (1990).

[19] И.А. Карпович, М.В. Степихова. ФТП, 30, 1785 (1996).

[20] V. Kazukauskas. Appl. Phys. A, 60, 509 (1995).

[21] Н.М. Литовченко, Л.Г. Шепель. В сб.: Оптоэлектроника и полупроводниковая техника (Киев, Наук. думка, 1995) вып. 29, с. 108.

[22] К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, О.Н. Стрильчук, А.В. Прохорович. ФТП, 35, 537 (2001).

Редактор Т.А. Полянская Peculiarities of the determination of shallow impurity concentrations in semiconductors from the analysis of exciton luminescence K.D. Glinchuk, A.V. Prokhorovich Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, 03028 Kiev, Ukraine

Abstract

An analysis was made of the applicability limits of the method for the determination of the content of shallow acceptors and donors in semiconductors proceeding, from the ratio of the low-temperature (T = 1.8-4.2K) luminescence intensities of exciton bands, in particular, induced by radiative annihilation of excitons bound to acceptors (donors) and free excitons. It is shown that correct data about the concentrations of shallow acceptors and donors as well as data on changes in their content as a result of various treatments may be obtained if the occupancy of the defects in question by holes and electrons does not depend on the excitation intensity or external treatments. A way to check the fulfillment of criteria for the method application is suggested.

An example is given of the method application for determination of thermally stimulated changes in the concentration of shallow acceptors and donors in gallium arsenide.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.