WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 5 Стимулированное углеродом увеличение концентрации дивакансий галлия в полуизолирующих нелегированных кристаллах арсенида галлия ¶ © К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, А.В. Прохорович, О.Н. Стрильчук Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина (Получена 19 октября 1999 г. Принята к печати 28 октября 1999 г.) Показано, что увеличение содержания углерода в полуизолирующих нелегированных кристаллах арсенида галлия приводит к существенному возрастанию в них концентрации дивакансий галлия. Отмеченное, наиболее вероятно, связано с заполнением атомами углерода вакансий мышьяка, входящих в состав комплекса дивакансия мышьяка — дивакансия галлия.

1. Введение тивная глубина его проникновения 1/k = 0.25 мкм, интенсивность освещения L = 1018 1021 кв./(см2· с)). ПеКак известно, в полуизолирующих специально не леги- ред измерением люминесценции поверхность кристалрованных кристаллах GaAs (далее ПИН GaAs) при 4.2 K лов обрабатывалась в смеси 3 H2SO4 : 1 H2O2 : 1 H2O.

наблюдается полоса люминесценции с положением мак- Концентрация генерируемых лазером избыточных элексимума излучения 1.5099 эВ [1]. Эта полоса обусловлена тронов n, а дырок p; величины n и p определялись излучательной аннигиляцией экситонов X, связанных на скоростью объемной рекомбинации неравновесных нодефектах d — дивакансиях галлия (VGa)2 [1].1 В насто- сителей тока на глубоких центрах и мало отличались ящей работе мы покажем, что концентрация дивакансий (не более чем на ±20%) в кристаллах с различным галлия, входящих в состав указанных (d, X) центров, содержанием углерода, т. е. n, p = (NC) [8].

существенно увеличивается при возрастании содержания Изучались при 4.2 K спектры экситонной люминесуглерода в кристаллах ПИН GaAs, и рассмотрим воз- ценции кристаллов ПИН GaAs с различным содержаможную модель, объясняющую наблюдаемое явление.2 нием углерода (их вид, т. е. соотношение между интенсивностями различных полос излучения в нем, практически не зависит от интенсивности освещения L).

2. Методика Для получения спектров использовался монохроматор МДР-23 (с разрешением не хуже 0.2 мэВ), регистрация Опыты проведены на специально не легированных сигнала осуществлялась охлаждаемым ФЭУ-62. В них, полуизолирующих кристаллах GaAs с известной (опрепомимо традиционных полос люминесценции (в частделенной с точностью ±30% по спектрам низкотемности, обусловленной аннигиляцией свободных экситопературной фотолюминесценции, подробно о методе нов, максимум ее излучения при hm = 1.5156 эВ, см., например, в [7]) концентрацией атомов углерода ее интенсивность IFE (точность определения величины NC = 2 · 1015 3 · 1016 см-3. Кристаллы были выращены IFE±25%), очевидно, IFE np [9]), наблюдалась также методом Чохральского в атмосфере аргона (давление нетрадиционная полоса люминесценции с положением 3атм) из-под слоя флюса B2O3 в условиях, близких максимума излучения hm = 1.5099 эВ, обусловленная, к стехиометрическим. Их удельное сопротивление как отмечалось выше, излучательной аннигиляцией свя( 108 Ом · см при 300 K и при 4.2 200 K) занных на дивакансиях галлия экситонов (ее интенсивопределялось термической ионизацией глубоких дононость IdX (точность определения величины IdX ± 25%), ров EL2, частично скомпенсированных атомами углеронесомненно, IdX Ndnp [9]3) (см. рис. 1). Измерение да (электрофизические свойства исследуемых кристалинтенсивности этой нетрадиционной полосы люминеслов подробно описаны в [8]).

ценции IdX либо отношения интенсивностей нетрадициЛюминесценция возбуждалась сильно поглощаемым онной и обусловленной аннигиляцией свободных экситоизлучением He–Ne-лазера (энергия квантов 1.96 эВ, конов полос люминесценции IdX/IFE позволило определить эффициент поглощения света k = 4 · 104 см-1, а эффек(с точностью ±50%) концентрацию дивакансий галлия ¶ E-mail: glinchuk@class.semicond.kiev.ua Приведенное соотношение для интенсивности IdX справедливо, Дивакансии галлия создают глубокие акцепторные центры с энер- если, во-первых, лишь небольшое число свободных экситонов свягией ионизации a = 68 эВ [1].

зывается с дивакансиями галлия, во-вторых, дивакансии галлия в Атомы углерода преимущественно занимают узлы в мышьяковой основном нейтральны, т. е. заполнены дырками [9]. Эти предположения подрешетке арсенида галлия (концентрации атомов углерода в узлах строго выполнялись на опыте. В частности, при T = 4.2K и галлиевой подрешетки арсенида галлия и в междоузлиях крайне L = 1018 1021 кв./(см2· с) дивакансии галлия действительно были низки) [2-6]. Замещающие мышьяк атомы углерода являются мелкими практически полностью заполнены дырками, о чем несомненно свидеакцепторами с энергией ионизации a = 26 мэВ [7]. Их диффузия тельствует наблюдаемая на опыте независимость отношения IdX /IFE происходит по вакансиям мышьяка [3]. от L.

Стимулированное углеродом увеличение концентрации дивакансий галлия... Nd в исследуемых кристаллах: очевидно, Nd IdX, ибо np = const (см. выше), и Nd IdX/IFE (оба метода определения Nd давали практически одинаковые результаты, см. рис. 2).

3. Результаты и обсуждение На рис. 2 приведена зависимость концентрации входящих в состав (d, X) центров дивакансий галлия от содержания атомов углерода в кристаллах ПИН GaAs.

Как видно, увеличение содержания углерода приводит к существенному (сверхлинейному, Nd NC) повышению концентрации дивакансий галлия.

Из приведенных данных несомненно следует, что атомы углерода способствуют образованию дивакансий галлия. Отмеченное не может быть связано со смещением атомов галлия из их положения в узле решетки вследствие возмущающего действия на них атмов углерода. Действительно, ковалентный радиус атома углерода Рис. 1. Спектр экситонной люминесценции кристалла ПИН RC = 0.77 · 10-8 см существенно меньше ковалентного GaAs с концентрацией углерода NC = 1.3 · 1016 см-3 при 4.2 K. Линии FX, dX, A0X и D0X показывают полосы из- радиуса атома мышьяка RAs = 1.20 · 10-8 см. Поэтому лучения, обусловленные аннигиляцией свободных и связанлегирование арсенида галлия углеродом приводит лишь ных на дивакансиях галлия, мелких акцепторных и мелких к относительно небольшому смещению атомов галлия донорах экситонов соответственно [1]. Спектр записан при (на расстояние 0.14·10-8 0.38·10-8 см) к замещающим L = 1019 кв./(см2· с).

мышьяк соседним атомам углерода [2,4–6].

Наиболее вероятным процессом, объясняющим стимулированное углеродом увеличение концентрации дивакансий галлия, является следующий. При его рассмотрении мы принимаем во внимание то, что кристаллы арсенида галлия, помимо изолированных вакансий галлия и мышьяка, могут также содержать и различные их комплексы, в частности комплексы разноименных дивакансий (VGaVAs)2 [1]. Тогда последовательное заполнение мигрирующими атомами углерода вакансий мышьяка, входящих в состав комплексов (VGaVAs)2, приводит к заметной генерации во время роста кристалла сначала вакансий, а затем и дивакансий галлия (VGa)2. Очевидно, изменение концентрации последних при вариации содержания углерода происходит по закону Nd NC.

Резюмируя обсуждение экспериментальных зависимостей Nd = (NC), необходимо отметить следующее.

Рассмотренное взаимодействие замещающих мышьяк атомов углерода и комплексов (VGaVAs)2, объясняющее стимулированное углеродом возрастание концентрации дивакансий галлия, приводит к генерации не изолированных дивакансий галлия, а связанных с замещающим мышьяк атомами углерода. Весьма вероятно, что свойства изолированных и связанных с атомами углерода дивакансий галлия мало отличаются.

4. Заключение Рис. 2. Зависимость концентрации дивакансий галлия от содержания атомов углерода в кристаллах ПИН GaAs, поАтомы углерода стимулируют образование дивакансий лученная из соотношений Nd IdX (1) и Nd IdX/IFE (2).

Прямая линия — зависимость Nd NC; для удобства точность галлия (повышение содержания углерода приводит к определения величин Nd и NC показана лишь для отдельных возрастанию их концентрации по закону Nd NC) в кристаллов.

кристаллах ПИН GaAs. Отмеченное, наиболее вероятно, 2 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 532 К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, А.В. Прохорович, О.Н. Стрильчук связано с заполнением атомами углерода вакансий мышьяка, входящих в состав сложного комплекса (VGaVAs)2.

Очевидно, для подтверждения приведенного объяснения наблюдаемой на опыте зависимости Nd = (NC) необходим теоретический расчет концентрации дивакансий галлия, создаваемых при взаимодействии замещающих мышьяк атомов углерода со сложными вакансионными комплексами (VGaVAs)2, и сравнение вычисленной величины Nd с экспериментально полученным значением Nd.

Список литературы [1] Чао Чень, В.А. Быковский, М.И. Тарасик. ФТП, 28, (1994).

[2] L.M. Scolfaro, R. Pintanel, V.M. Gomes, J.R. Leite. Phys. Rev.

B, 34, 7135 (1986).

[3] B.T. Guningham, L.J. Guido, J.E. Baker. Appl. Phys. Lett., 55, 687 (1989).

[4] I. Fujimoto, S. Nishine, T. Yamada. Japan J. Appl. Phys., 31, L296 (1992).

[5] K.J. Chang, B.H. Cheong. Phys. Rev. B, 49, 17 436 (1994).

[6] T.M. Schmidt, P.M. Venezuela, M.J. Caldas, A. Fazzio. Appl.

Phys. Lett., 66, 2715 (1995).

[7] К.Д. Глинчук, Н.М. Литовченко, О.Н. Стрильчук, А.В. Прохорович. В сб.:Оптоэлектроника и полупроводниковая техника (Киев, Наук. думка, 1998) вып. 33, с. 204.

[8] K.D. Glinchuk, N.M. Litovchenko, O.N. Strilchuk, A.V. Prokhorovich. Phys. St. Sol. (b), 213, 233 (1999).

[9] T. Schmidt, K. Lischka. Phys. Rev. B, 45, 8989 (1992).

Редактор В.В. Чалдышев Carbon-stimulated increase in the concentration of gallium divacancies in semi-insulating undoped GaAs crystals K.D. Glinchuk, N.M. Litovchenko, A.V. Prokhorovich, O.N. Strilchuk Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of the Ukraine, 03028 Kiev, Ukraine

Abstract

It has been shown that an increase in the carbon content in semi-insulating undoped GaAs crystals leads to a substantial rise in the concentration of gallium divacancies in them.

The fact is connected with carbon impurity filling arsenic vacancies most probably involved in Ga divacancy-As divacancy complexes.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып.




© 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.