WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

электронный характер проводимости гетероструктуры Полученная величина m = 0.026m0 близка к значенезависимо от типа и количества легирующей примеси, нию эффективной массы электронов в InAs, что подтвервводимой в расплав в концентрациях: Te до 0.01 ат% ждает тот факт, что электронный канал расположен на и Zn до 0.008 ат%. Надо отметить, что мы измеряем гетерогранице со стороны арсенида индия. Аналогичное „суммарную“ подвижность носителей тока в гетерозначение эффективной массы для верхней электронной переходе, который состоит из узкозонного слоя InAs, подзоны E2 (m2 = 0.027m0) было получено при измереширокозонного слоя твердого раствора GaInAsSb и нии поглощения в условиях циклотронного резонанса электронного канала, который образуется на границе в одиночной структуре n-GaInAsSb/p-InAs в полях до гетероперехода.

130 кЭ при T = 1.5K [26].

Из периода осцилляций Шубникова–де-Гааза ( H)-1 На рис. 6 представлены зависимости холловской были найдены значения электронного квазиимпульса kF подвижности гетероструктуре µH от количества вводимой примеси в твердый раствор для гетерострукна уровне Ферми:

2e тур Ga0.83In0.17As0.22Sb0.78/p-InAs. В гетероструктурах k2 =, (2) F c ( H)-со слабо легированными слоями твердого раствора а из соотношения амплитуд при одной и той же тем- (Te < 0.001 ат%, Zn < 0.004 ат%) величина подвижнопературе, но разных магнитных полях H, определена сти µH 50 000 см2/(В · с) практически не отличаеттемпература Дингла TD, характеризующая уширение ся от значения подвижности в гетероструктурах с уровней Ландау [25]:

нелегированными слоями. При более высоком уровне легирования теллуром значение холловской подвижA1(H1) H1 mc 1 ности уменьшается в 5 раз: µH = 10 000 см2/(В · с) = exp -22kFTD -. (3) A2(H2) H2 e H1 Hпри H = 2 кЭ. При сильном легировании цинком Были получены значения TD = 1.7мэВ и 5 мэВ при (Zn > 0.004 ат%) наблюдается еще более резкое падеT = 1.5 и 4.2 K соответственно. ние подвижности.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb и T 77 K (см. табл. 1) и становится сравнимым с подвижностью эпитаксиального слоя твердого раствора.

Это свидетельствует о том, что в образцах с сильно легированным Te эпитаксиальным слоем подвижность носителей тока в гетеропереходе, скорее всего, представляет собой суперпозицию — некую усредненную величину от подвижности носителей в электронном канале и в образующих гетеропереход слоях. Проводимость осуществляется двумя сортами носителей тока: высоРис. 5. Энергетические схемы структур p-Ga0.83In0.17As0.22Sb0.78/p-InAs для твердых растворов: a — сильно легированных цинком, b — сильно легированных теллуром.

На рис. 6 штриховыми линиями изображены зависимости подвижности в пленках твердых растворов GaInAsSb от концентрации примеси Te и Zn в них, полученные нами в работе [27]. Видно, что подвижность электронов в гетероструктурах GaInAsSb/p-InAs начинает уменьшаться именно там, где в твердом растворе при легировании Te наблюдается переход к nтипу проводимости (уровень Ферми расположен в зоне проводимости), а при легировании Zn — там, где наступает вырождение дырочного газа (уровень Ферми — в валентной зоне).

На рис. 7 представлены значения коэффициента Холла R в гетероструктурах в зависимости от напряженности магнитного поля H. В образцах с нелегированными и слабо легированными Te и Zn слоями твердых растворов коэффициент Холла практически не изменялся с ростом магнитного поля. При сильном легировании Te (см. образцы 6 и 7, рис. 7, a, табл. 1) коэффициент Холла в гетероструктуре при малых магнитных полях Рис. 6. Холловская подвижность µH при T = 77 K и H = 10 кЭ падает с ростом H, а при H > 9 кЭ перестает зависеть в зависимости от уровня легирования твердого раствора: a — от напряженности магнитного поля. При этом значение теллуром, b — цинком. Сплошные линии — гетероструктухолловской подвижности в гетероструктуре уменьшары GaInAsSb/InAs, штриховые линии — твердые растворы ется до значений µH 6000 см2/(В · с) при H = 10 кЭ GaInAsSb. Символами n и p обозначен тип проводимости.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 524 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Ф. Липаев, Ю.П. Яковлев знака напряжения Холла (см. образец 10, рис. 7, b). Такая зависимость характерна для проводимости, обусловленной также двумя сортами носителей тока, но разного знака: в слабом поле основную роль играют высокоподвижные электроны, сосредоточенные на гетерогранице, а в сильном поле становится заметной дырочная проводимость в твердом растворе, которая увеличивается с ростом уровня легирования. В сильно легированном образце 11 тип проводимости всегда оставался дырочным.

Рассмотрим более подробно параметры гетероструктуры с твердым раствором GaInAsSb, сильно легированным Zn. Можно предположить, что при сильном легировании твердого раствора проводимость в гетероструктуре описывается формулами для двухслойной модели. При трехмерной проводимости по слоям толщиной b1 (n-тип) и b2 (p-тип) и в слабом магнитном поле (H < 1-2кЭ) имеем :

2 R11 b1 - R22 bRH =, (6) b 2 µ1n1b1 - µ2 p2bµH =, (7) b где b — общая толщина, — общая проводимость гетероструктуры, а индексы 1 и 2 обозначают слои:

(i Ri R(i), µi µH). Если слой 1 — квазидвумерный H электронный канал с концентрацией электронов Ns, то можно записать:

2 µ1Ns - µ2 p2bµH =. (8) b Мы полагаем, что вклад эпитаксиального слоя (член µ2 p2b2) в общую измеренную подвижность µH в гетероструктурах p-GaInAsSb/p-InAs при сильном легировании твердого раствора должен оставаться практически таким же, как в образцах с нелегированными слоями, поскольку с ростом концентрации дырок на 2 порядка одновременно уменьшается на порядок их подвижность.

Поэтому можно утверждать, что наблюдаемое уменьшение подвижности в образцах с сильно легированными Zn эпитаксиальными слоями связано не с б ольшим влиянием эпитаксиального слоя твердого раствора, а с уменьшением подвижности в самом электронном канаРис. 7. Коэффициент Холла R в зависимости от напряле, что может быть обусловлено истощением электронженности магнитного поля H для образцов, легированных:

ного канала и проявлением дополнительного механизма a — теллуром, b — цинком. Номера кривых соответствуют рассеяния на гетерогранице.

номерам образцов в табл. 1. Сплошные линии — n-тип, Для образцов, сильно легированных Zn, были сделаны штриховые линии — p-тип. T = 77 K.

оценки вкладов в общую проводимость электронного канала и четверного твердого раствора. При концентрации дырок p2 = 6 · 1018 см-3 (образец 11, табл. 2) коподвижными электронами в квазидвумерном канале твердый раствор сильно вырожден, положение уровня с µ >10 000 см2/(В · с) и электронами с более низкой Ферми при T = 77 K соответствует EF = 0.023 эВ в подвижностью µ 6000 см2/(В · с) в объеме эпитакси- валентной зоне и электронный канал практически не проявляется. С ростом температуры уровень Ферми подального слоя.

нимается к потолку валентной зоны. В температурной При высоком уровне легирования твердого раствора акцепторной примесью Zn наблюдается более резкое паЗдесь и далее символом RH обозначен коэффициент Холла в дение R с ростом магнитного поля, вплоть до инверсии „трехмерных“ единицах измерения см3/Кл.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb Таблица 2. Параметры твердого раствора и электронного канала в гетероструктурах Ga1-x InxAsySb1-y /p-InAs : Zn (x = 0.17, y = 0.22) с различным уровнем легирования твердого раствора примесью Zn. T = 77 K Твердый раствор Электронный канал №образца p2, µ2, Ev-EF, мэВ µ1, см2/(В · с) Ns, 1011 см-2 d, 1018 см-3 см2/(В · с) 77 K 200 K 77 K 200 K 77 K 200 K 77 K 200 K 8 0.1 2000 -14 -60 50 000 40 000 1 - 400 10 2 200 +16 -5 35 000 5 000 13 6.4 110 11 6 80 +23 +16 - 1 000 - 80 - зависимости R (рис. 8) наблюдается смена знака эдс этом образце наблюдается только в более сильном магХолла с повышением температуры, при этом основную нитном поле H = 20 кЭ при T = 130 K, а в слабом поле роль начинают играть электроны в электронном канале. при H = 1 кЭ измеренная подвижность при всех темпеВ точке смены типа проводимости выполняется условие ратурах отражает электронную подвижность в канале.

Значения электронной подвижности также позволили 2 RH = 0, µ1Ns = µ2 p2b2.

оценить двумерную концентрацию Ns = 1.3 · 1012 см-при T = 77 K и Ns = 6.4 · 1011 см-2 при T = 200 K.

Тогда, считая, что при H = 1 кЭ, подвижность µH определяется только ее значением в электронном канале (µ1 = 1000 см2/(В · с), табл. 2), можно оценить двумерную концентрацию носителей в электронном канале Ns = 8 · 1012 см-2 (табл. 2).

Такой же расчет был произведен для образца 10 с менее легированным эпитаксиальным слоем (p2 = 2 · 1018 см-3, рис. 9). При этой концентрации дырок положение уровня Ферми соответствует значению EF = 0.016 эВ при T = 77 K. Инверсия знака Холла в Рис. 9. Зависимости коэффициента Холла R от температуры при различных напряженностях магнитного поля для образца 10 (табл. 2). Цифры у кривых указывают величину магнитного поля. Сплошные линии — R < 0 (n-тип), штриховые линии — R > 0 (p-тип).

Используя представления двумерной модели [25], можно определить ширину электронного канала d по формуле 3 aB 1/d =, (9) Рис. 8. Зависимости коэффициента Холла R от температуры 4 Ns для образца 11 (табл. 2) при напряженностях магнитного где Ns = Ndepl + Ns, Ndepl — остаточная концентрация поля H, указанных цифрами у кривых. Сплошные линии — R < 0 (n-тип), штриховые линии — R > 0 (p-тип). примеси в обедненном слое, aB — боровский радиус.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 526 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Ф. Липаев, Ю.П. Яковлев 5. Гетероструктуры p-Ga1-xInxAsySb1-y/p-InAs : Mn с разным составом твердого раствора (x = 0.04-0.22, y = 0.22) Чтобы иметь возможность исследовать гетероструктуры GaInAsSb/p-InAs при более высоких температурах (до T > 200 K), мы использовали в качестве подложки арсенид индия, легированный акцепторными примесями вплоть до p 1017 см-3. В этом случае переход к собственной проводимости в подложке InAs происходит при более высоких температурах и слабее проявляются поверхностные свойства InAs. При этом предпочтительнее в качестве акцептора использовать Mn, так как Zn сильно диффундирует в процессе эпитаксиального роста.

Использование InAs, легированного Mn с концентрацией дырок при T = 300 K p300 1017 см-3, позволило отодвинуть переход к смешанной проводимости в подложке в область более высоких температур и исследовать свойства гетероструктур вплоть до комнатной температуры.

Рис. 10. Подвижность электронов µH в канале в зависимости Методом ЖФЭ на подложках InAs : Mn были от двумерной концентрации электронов Ns (сплошная прямая).

выращены эпитаксиальные слои твердых растворов Штриховая линия — зависимость подвижности µH от ширины p-Ga1-xInx AsySb1-y, близкие по составу к GaSb, с разэлектронного канала d. T = 77 K.

личным содержанием индия (x = 0.04, 0.09, 0.16, 0.22, y = 0.22).

Основные характеристики исследованных гетероПолученные значения d приведены в табл. 2 и на структур p-Ga1-xInx AsySb1-y/p-InAs: Mn при T = 77 K рис. 10. Подвижность в электронном канале пропорпредставлены в табл. 3. Видно, что при всех составах -0.циональна Ns и d2. Аналогичные результаты были твердого раствора знак эдс Холла в гетероструктурах получены в работах [15,28] для сверхрешеток II типа указывает на n-тип проводимости. Значения подвижGaInSb/InAs с разъединенными зонами различной шириности составляли 30 000-54 000 см2/(В · с), что свидены. Резкое изменение подвижности в p-GaInAsSb/p-InAs тельствует о том, что основной вклад в холловскую при сильном легировании твердого раствора акцептоподвижность вносят электроны в квантовой яме на гетерами, пропорциональное квадрату ширины квантовой рогранице. Подвижность убывает с ростом содержания ямы d2, может быть связано с проявлением дополнительIn в твердом растворе.

ных механизмов рассеяния на флуктуациях потенциала Рассмотрим, чем определяется подвижность в исслеи на шероховатостях гетерограницы. Этот результат дуемых гетероструктурах p-Ga1-xInx AsySb1-y/p-InAs на впервые демонстрирует переход от полуметаллического примере образца 4 с x = 0.22 (табл. 3). На рис. поведения к полупроводниковому [29].

представлены зависимости холловской подвижности от Таким образом, было установлено, что при выра- температуры при разных значениях магнитного поля щивании широкозонных твердых растворов GaInAsSb для этой гетероструктуры. Как видно из рисунка, пона подложках p-InAs на гетерогранице, со сторо- движность не зависит от температуры и напряженности ны InAs, электронный канал сохраняется в широком магнитного поля при T < 200 K, что характерно для диапазоне уровней легирования эпитаксиального слоя подвижности носителей в электронном канале. При как донорной (Te), так и акцепторной (Zn) при- T > 200 K подвижность начинает уменьшаться и тем месями. Показано, что в одиночной гетероструктуре сильнее, чем выше напряженность магнитного поля, Ga0.87In0.17As0.22Sb0.78/p-InAs при высоком уровне леги- однако вплоть до T = 300 K сохраняется электронный рования твердого раствора донорной примесью гальва- тип проводимости. Измеренные значения холловской пономагнитные эффекты обусловлены суммарным вкла- движности в интервале 200 < T < 300 K определяются дом электронного канала на гетерогранице и эпитакси- одновременным участием в проводимости электронов ального слоя. Резкое падение подвижности, наблюдае- в канале и дырок в подложке [см. (8)]. Вкладом эпимое при сильном легировании акцепторной примесью, таксиального слоя можно пренебречь, поскольку пообусловлено истощением электронного канала на гете- движность и концентрация дырок в твердом растворе рогранице. (µ2, p2) и в подложке (µ3, p3) приблизительно равны:

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb Таблица 3. Основные характеристики гетероструктур p-Ga1-x InxAsySb1-y /p-InAs : Mn (y = 0.22) с концентрацией Mn в подложке 1017 см-3. T = 77 K №образца x, см-1Ом-1 R, см2/Кл µH, см2/(В · с) d, Ns, 1011, см-1 0.04 0.044 -1.2 · 106 -54 000 400 2 0.09 0.049 -8.9 · 105 -44 000 370 1.3 0.16 0.045 -6.7 · 105 -30 000 310 1.4 0.22 0.05 -6 · 105 -30 000 310 1.p2 p3 1017 см-3, µ2 µ3 100 см2/(В · с), а толщи- Ga1-xInx As0.22Sb0.78 и содержанием In x = 0.04, 0.на слоя в 200 раз меньше, чем толщина подложки. получаем Ns 1.1 · 1011 см-2, а с большим содержаниТакой же вывод можно сделать и для структур с ем In (x = 0.16, 0.22) — Ns = 1.6 · 1011 см-2.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |



© 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.