WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Среди исследованных нами образцов только в трех (образцы 1, 6 и 7) продольное магнитосопротивление принимало положительные значения. Зная в них ( /), можно определить µ0 и f. Результаты приведены в табл. 2. Для этих образцов µ0 — подвижность в матрице — использовалась в качестве экспериментальной подвижности при расчете NA, ND и Рис. 3. Поперечное магнитосопротивление ( /) в зави- степени компенсации симости от напряженности магнитного поля при T = 77 K.

Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 1. k = NA/ND. (9) Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 560 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, С.С. Кижаев, С.С. Молчанов, Б.В. Пушный, Ю.П. Яковлев так как 1/µLor = 1/µlat + 1/µion, (14) то 1/µN = 1/µ0 - 1/µLor - 1/µs. (15) Зная все члены в правой части соотношения, находим µN, а из формулы (2) концентрацию нейтральных примесей N (табл. 2).

Концентрацию ионов примеси Nion, концентрацию доноров ND, акцепторов NA и степень компенсации k = NA/ND определяем из сравнения теоретического значения подвижности, обусловленной рассеянием на колебаниях решетки и ионах примеси, рассчитанного для данной концентрации носителей тока, с экспериментальными значениями, определяемыми по концу квадратичной зависимости ( /) от H:

Nion =(µtheor/µLor ) · n77, (16) Рис. 4. Продольное и поперечное магнитосопротивление для NA =(Nion - n77)/2, (17) образцов 6 и 7 в зависимости от напряженности магнитного ND = NA + n300, (18) поля при T = 77 и 300 K. Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 1.

k = NA/ND.

Результаты расчетов NA, ND, NN и k приведены в табл. 2.

Теперь обратимся к случаю, когда ( /) < 0. Это На рис. 5 показан профиль изменения концентрации возможно при хаотическом распределении примесей в атомов Mg в образце 8, измеренный методом вторичной сильно легированных и сильно компенсированных маионной масс-спектроскопии. Из рисунка видно, что контериалах, когда степень компенсации примесей k 0.7, центрация атомов Mg в слое составляет 3-5 · 1018 см-и возникают флуктуации потенциала, искажения дна и что она изменяется ступенчато на границе эпитаксизоны проводимости, появляются „хвосты“ плотности состояний. На рис. 4 приведена зависимость ( /) ального слоя InAs и подложки. Концентрация атомов Mg в подложке находится на уровне порога чувствительи ( /) от поля H для образцов 6 и 7 при T = ности оборудования 5 · 1016 см-3.

и 300 K.

Причина того, почему не удается получить p-тип Как уже отмечалось ранее, занижение подвижности проводимости при температуре роста 600C, остается может быть вызвано существованием в кристаллах неясной. Возможно, в данном случае ситуация сходна нейтральных примесей. Мы предполагаем наличие таких с той, которая наблюдалась при легировании Mg слодефектов в тех образцах, в которых учет крупных ев InP [4], когда, начиная с определенной концентрации дефектных образований по теории эффективной среды атомов Mg в слое, магний встраивается как замещающий и объемных пространственных зарядов в сумме с рассеянием на колебаниях решетки и ионах примеси не дает экспериментальной подвижности. Необходимо добавить рассеяние на нейтральных примесях. Таким образом, 1/µe = 1/µlat + 1/µion + 1/µs + 1/µN. (10) Проследим весь ход расчетов параметров исследуемых образцов. При T = 300 K находим µs из соотношения 1/µe = 1/µlat + 1/µion + 1/µs. (11) Так как при T = 300 K µion µlat, то 1/µs = 1/µe - 1/µlat, (12) µlat 20 000 см2/В · с.

-0.Учитывая температурную зависимость µs T, находим µs при T = 77 K. Тогда при T = 77 K:

1/µ0 = 1/µlat + 1/µion + 1/µs + 1/µN, (13) Рис. 5. Распределение атомов Mg по толщине в образце 8.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Выращивание и легирование магнием слоев InAs методом газофазной эпитаксии... акцептор и вдобавок как промежуточный донор, что в таких сильно легированных и сильно компенсироприводит к образованию донорно-акцепторных пар. Сни- ванных образцах возникает при T = 77 K отрицательжение температуры роста до 570C приводит к росту ное поперечное ( /), а при T = 300 K небольшое коэффициента сегрегации Mg, и механизмы встраивания, продольное магнитосопротивление ( /). Одновревероятно, другие. менное существование этих двух эффектов свидетельствует о наличии в пленках небольшого количества В процессе легирования Mg эпитаксиальных слоев крупных нейтральных скоплений, искажающих линии InAs происходило оседание Mg на стенках реактора и тока (по теории эффективной среды f = 0.06, µ0 = 920), внутри газовой системы, что приводило к фоновому а также о наличии флуктуаций потенциала, создалегированию Mg эпитаксиальных слоев InAs. Таким образом, наблюдался эффект „остаточной памяти“, ко- ющих хвосты плотности состояний. При количестве торый ранее наблюдался другими авторами при легиро- Mg > 3.223 мкмоль/мин компенсация носителей тока еще больше возрастает (образец 7), что проявляется вании Mg эпитаксиальных слоев GaAs, InP и твердых в аномальной температурной зависимости постоянной растворов InGaAs [2,5,7].

Холла (рис. 1). При температуре T = 77 K существует отрицательное магнитосопротивление, а при комнатной 4. Заключение температуре — положительное продольное магнитосопротивление, свидетельствующее о наличии крупных Подводя итог сказанному, можно сделать следую- скоплений (по теории эффективной среды подвижность щие выводы. Исследованные нами нелегированные эпи- в матрице µ0 = 920, доля объема, занятая неоднороднотаксиальные пленки InAs, выращенные методом газо- стями, f = 0.56) (рис. 4).

фазной эпитаксии из металлорганических соединений, Смена знака проводимости в эпитаксиальных пленках всегда имели n-тип проводимости (n 7 · 1016 см-3) с происходила при потоке Mg 3.223 мкмоль/мин. При достаточно низкой подвижностью (µ77 4000 см2/В · с), T = 77 K был p-тип проводимости, а при T = 300 K что обусловлено большим числом дефектов, а также наблюдался n-тип проводимости. Образцы с дырочным высокой концентрацией мелких доноров и акцепторов типом проводимости (p = 1018 см-3) надежно получа(NA = 5.3 · 1016 см-3, ND = 1.3 · 1016 см-3, степень комлись лишь при более низкой температуре выращивапенсации k = 0.4). Существенное снижение подвижния (570C), однако подвижность носителей заряда в ности происходит также из-за большой концентрации них была очень низкой.

нейтральных примесей (NN = 4.3 · 1016 см-3), которые, Таким образом, легирование магнием InAs во время возможно, представляют собой неионизованный струкроста методом МОГФЭ позволило получить сильно турный дефект с энергией активации ED 0.02 эВ компенсированный p-InAs с предельной концентраци(VAs + примесь).

ей дырок p 2 · 1018 см-3 и с низкой подвижностью При легировании слоев Mg вначале, при очень носителей (µ 50 см2/В · с при T = 300 K). Следует низком количестве вводимого Mg (0.047 мкмоль/мин), отметить, что при слабом уровне легирования Mg резко возрастает экспериментальная подвижность до (0.068 мкмоль/мин) кристаллизовались слои InAs n-типа µ77 = 7800 см2/В · с, а концентрация электронов практипроводимости с более высокой подвижностью по сравчески не меняется. При этом, как видно из табл. 2, нению с нелегированными слоями n-InAs за счет связыв 30 раз падает концентрация нейтральных примесей вания нейтральных примесей магнием.

(с 4.3 · 1016 до 1.6 · 1015 см-3) и исчезает снижение подвижности за счет искривления путей протекания (отсутствует ( /) ). Дальнейшее увеличение концентСписок литературы рации Mg в эпитаксиальных пленках (0.068 мкмоль/мин) повышает подвижность электронов, практически не из[1] П.И. Баранский, В.П. Клочков, И.В. Потыкевич. Полуменяя их концентрацию. Степень компенсации во всех проводниковая электроника (Киев, Наук. думка, 1975) этих образцах постоянна (0.2-0.24), концентрация дос. 424.

норов и акцепторов не изменяется. Еще больше падает [2] M. Kondo, C. Anayama, H. Sekiguchi, T. Tanahasni. J. Cryst.

концентрация нейтральных примесей (до 6 · 1014 см-3 Growth, 141, 1 (1994).

[3] A.W. Nelson, L.D. Westbrook. J. Cryst. Growth, 68, в образце 3). Все эти факты могут свидетельствовать о (1984).

том, что в исследованных нами эпитаксиальных плен[4] E. Veuhoff, H. Baumeister. J. Cryst. Growth, 105, 353 (1990).

ках при легировании Mg атомы остаточных примесей, [5] E. Veuhoff, H. Baumeister, J. Rieger, M. Gorgel, R. Treichler.

возможно, вступают в реакцию с магнием, уменьшая J. Electron. Mater., 20 (12), 1037 (1991).

концентрацию нейтральных центров.

[6] R. Winterhoff, P. Raisch, V. Frey, W. Wagner, F. Scholz.

Перекомпенсация в пленках InAs : Mg становится заJ. Cryst. Growth, 195, 132 (1998).

метной при количестве вводимого Mg 3.223 мкмоль/мин [7] G.J. Bauhuis, P.R. Hageman, P.K. Larsen. J. Cryst. Growth, (образец 6): падает концентрация электронов и их 191, 313 (1998).

подвижность, увеличивается концентрация акцепторов, [8] M. Ohkubo, J. Osabe, T. Shiojima, T. Yamaguchi, T. Ninoвозрастает степень компенсации (k = 0.66). При этом miya. J. Cryst. Growth, 170, 177 (1997).

4 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 562 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, С.С. Кижаев, С.С. Молчанов, Б.В. Пушный, Ю.П. Яковлев [9] Т.И. Воронина, Н.В. Зотова, С.С. Кижаев, С.С. Молчанов, Ю.П. Яковлев. ФТП, 33 (10), 1168 (1999).

[10] S.S. Kizhayev, N.V. Zotova, S.S. Molchanov, Y.P. Yakovlev.

IEEE Proc. Optoelectron., 149 (1), 36 (2002).

[11] А.Я. Шик. Письма ЖТФ, 20, 14 (1974).

[12] L.R. Weisberg. J. Appl. Phys., 33 (5), 1817 (1962).

[13] M.H. Cohen, J. Jorther. Phys. Rev. Lett., 30, 696 (1973).

Редактор Л.В. Беляков The growth and magnesium doping of InAs alloys by metalorganic vapor phase epitaxy T.I. Voronina, T.S. Lagunova, S.S. Kizhayev, S.S. Molchanov, B.V. Pushnyi, Yu.P. Yakovlev Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

Epitaxial layers of a magnesium-doped InAs have been grown by metal-organic vapor phase epitaxy. The electrical properties of these layers were studied. Magnesium doping of InAs during metal-organic vapor phase epitaxy allows of fabricating a highly compensated p-InAs with the maximum hole density (up to p 2 · 1018 cm-3) and low carriers mobility (µ 50 cm2/V · s at T = 300 K). Because of the neutral admixtures binding by magnesium, the sligtly Mg-doped n-type InAs layers have a higher carriers mobility in comparison with the intentionally undoped n-InAs layers.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, 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.