WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 5 Глубокоуровневые центры в нелегированных слоях p-GaAs, выращенных методом жидкофазной эпитаксии © Л.С. Берман, В.Г. Данильченко, В.И. Корольков, Ф.Ю. Солдатенков Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 2 декабря 1999 г. Принята к печати 6 декабря 1999 г.) Исследованы глубокоуровневые центры в p-n-переходах из арсенида галлия, изготовленных методом жидкофазной эпитаксии в атмосфере водорода или аргона. В p-слоях, выращенных в водороде, время жизни неосновных носителей на порядок больше, чем в p-слоях, выращенных в аргоне. Показано, что в различных газовых средах образуются различные глубокоуровневые центры. В образцах, выращенных в водороде, обнаружены 2 глубокоуровневых центра, являющихся ловушками для дырок. Зависимости Аррениуса для этих центров близки к известным зависимостям для центров HL2 и HL5, что позволяет идентифицировать наблюдаемые центры как HL2 и HL5. В образцах, выращенных в аргоне, обнаружен 1 глубокоуровневый центр — ловушка для дырок. Он идентифицирован как мышьяк в подрешетке галлия.

1. Введение 3. Методика измерений В настоящее время одним из основных методов по- Измерялись вольт-амперные характеристики (ВАХ), вольт-фарадные характеристики (ВФХ), сигналы лучения нелегированных слоев GaAs и формирования на их основе высоковольтных p0-n0-переходов явля- DLTS [3] и время жизни неосновных носителей.

ется жидкофазная эпитаксия. Полученные таким обра- Использовалась автоматизированная установка для зом p0-n0-переходы начинают все шире использовать- емкостной спектроскопии полупроводников [4]. Время жизни электронов в p-базе n измерялось методом Лэкса ся для разработки быстродействующих диодов и тирис учетом конечной толщины базы [5].

сторов. Механизм формирования фоновыми примесями p-n-структур на основе нелегированного GaAs рассмо- Концентрации мелких акцепторов Nda и глубокоуровтрен в работах [1,2]. При этом статические и динамиче- невых центров (ГУЦ) Nt определялись методом ВФХ при ские характеристики приборов существенно зависят от двух температурах T1, T2:

параметров p-слоев. Поэтому целью настоящей работы а) T1 > 350 K, когда стационарное заполнение ГУЦ было исследование границы раздела между n-подложкой электронами или дырками успевает следовать за изменеи p-слоем, а также самого p-слоя.

нием постоянного напряжения;

б) T2 < 80 K, когда за все время измерений сохраняется начальное заполнение ГУЦ [6].

2. Образцы Параметры ГУЦ определялись методом DLTS.

В области объемного заряда (кроме слоя неполной Выращивание высоковольтных p0-n0-структур прово- ионизации ГУЦ — -слоя) концентрация ионизованных дилось на n+-подложке GaAs : Sn (концентрация доноров примесей Ni при T1 определяется из выражения Nd = 1018 см-3) методом жидкофазной эпитаксии из ограниченного объема раствора–расплава в кварцевом Ni(T1) =Nda + Nta - Nd0, (1) контейнере при температурах от 900C до комнатной в атмосфере водорода (группа 1) или аргона (группа 2). а при T2 и при возрастании обратного напряжения от Изготовление образцов обеих групп было идентичным, 0 — из выражения кроме газовой среды.

Ni(T2) =Nda - Ntd - Nd0, (2) В ходе роста вследствие автолегирования на подложке образуется сначала p-слой, а затем n-слой [1]. Погде Nda — концентрация легирующей примеси (мелких сле этого n-слой стравливался, а поверх p-слоя нараакцепторов), Nta, Ntd — соответственно концентрация щивался p+-слой GaAs : Ge (концентрация акцепторов глубокоуровневых акцепторов и доноров в нижней поNa = 1018 см-3). На p+- и на n+-слои наносились ловине запрещенной зоны, Nd0 — концентрация доноров омические контактные слои: Au + Zn и Au + Ge соответв верхней половине запрещенной зоны.

ственно. Образцы размерами 2 2мм2 выкалывались из Вычитая (2) из (1), находим концентрацию ГУЦ в готовых эпитаксиальных пластин с контактными слоями.

нижней половине запрещенной зоны:

Оценка возможной диффузии Sn из n+-подложки показывает, что проникновением Sn в p-слой можно пренебNi(T1) - Ni(T2) =Nta + Ntd. (3) речь и, следовательно, n+-p-переход близок в резкому.

Глубокоуровневые центры в нелегированных слоях p-GaAs, выращенных методом жидкофазной... 4. Результаты измерений и их обсуждение 4.1. Образцы группы Для всех образцов Ni(T1) находилась в пределах (0.9-1.2) · 1015 см-3 и мало изменялась в пределах толщины области объемного заряда w = 1.2-5.1мкм.

При T1 = 350 K значение w, найденное из формулы Cm = /Aw, (4) совпадает (погрешность 10%) со значением, вычисленным по формуле для резкого n+-p-перехода Рис. 2. Зависимости Аррениуса. Образец группы 1:

2(V + Vbi) w =, (5) 1 — ГУЦ1, 2 —ГУЦ2 (наши результаты); 3, 4 — центры HLqNi(T1) и HL5 (HB5) соответственно по данным работы [8]. Образец группы 2: 5 — ГУЦ3, 6 — Fe в GaAs по данным работы [13], где Cm — экспериментальное значение емкости, 7 — As в подрешетке Ga по данным работы [14].

A — площадь n+-p-перехода, — диэлектрическая проницаемость, V — обратное напряжение, Vbi —контактная разность потенциалов между областями n+ и p, q — заряд электрона. Этот результат подтверждает, что областью объемного заряда имеется слабо компенсироn+-p-переход действительно близок к резкому.

ванный слой, что объясняется плавным уменьшением Исследование температурных зависимостей емко- концентрации легирующей примеси в глубь базы. На сти при постоянных обратных напряжениях показало, рис. 1 приведена также зависимость Cm(T ) для другого что для некоторых образцов в интервале температур образца группы 1 (кривая 4). Наблюдаемая слабая T = 260-330 K наблюдалось значительное изменение температурная зависимость емкости, характерная для измеряемой емкости Cm. На рис. 1 приведены зависимобарьерной емкости [7], указывает на отсутствие перекомсти Cm(T) для одного из таких образцов при различных пенсированного слоя. Поскольку разброс значений Ni(T1) обратных напряжениях (кривые 1–3). Эти зависимости мал (см. выше), наличие или отсутствие перекомпенобусловлены наличием перекомпенсированного слоя в сированного слоя обусловлено, по-видимому, разбросом базе диода: сопротивление слоя резко возрастает при значений Ntd по площади пластины.

охлаждении. Используя значения Cm при T > 350 K и Для тех образцов, где нет перекомпенсированнопри T < 200 K, определяем емкость и толщину перекомго слоя, при T = 80 K из ВФХ было найдено пенсированного слоя d для данного образца. В интервале Ni(T2) = (0.2-0.3) · 1015 см-3, далее из (3) находим обратных напряжений 5 < V < 20 B значения d не Nta + Ntd =(0.7-0.8) · 1015 см-3.

зависят от напряжения: d = 5.2±0.3 мкм. Этот результат Для тех образцов, где отсутствовал перекомпенсипоказывает, что между перекомпенсированным слоем и рованный слой, были измерены сигналы DLTS в интервале температур 80 < T < 350 K. В интервале 230 < T < 350 K после переключения от 0.до 10 B наблюдались два пика DLTS, идентичные для всех образцов; эти пики соответствуют двум ГУЦ — ловушкам для дырок. По этим пикам были найдены температурные зависимости времени термоэмиссии дырок th(T ) (зависимости Аррениуса) для двух ГУЦ (рис. 2, прямые 1 и 2). Пренебрегая температурными зависимостями сечений захвата дырок, определяем для этих двух центров энергии ионизации Et1, Et2, сечения захвата дырок p1, p2, а также концентрации Nt1, Nt2:

Et1 = Ev +(0.83 ± 0.02) эВ, Nt1 = 0.3 · 1015 см-3, p1 = 10-(14±1) см2, Et2 = Ev + (0.47 ± 0.02) эВ, Nt2 = 0.4·1015 см-3, p2 = 10-(12±1) см2. Таким образом, имеем Nt1 + Nt2 Nta + Ntd, т. е. результаты измерений концентраций ГУЦ методами ВФХ и DLTS совпадают.

Рис. 1. Температурные зависимости измеренной емкости Cm После переключения от прямого напряжения, соответдля образцов группы 1 при обратных напряжениях V, В: 1 —5, 2 — 10, 3, 4 — 20. ствующего току 10 мА, до обратного напряжения 10 В Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 560 Л.С. Берман, В.Г. Данильченко, В.И. Корольков, Ф.Ю. Солдатенков были получены те же сигналы DLTS. Зависимости Арре- обратных напряжениях в несколько вольт поле достигает ниуса для обоих ГУЦ близки к приводимым в обзорах и нескольких единиц 105 В/см, а в таких полях может иметь справочниках [8–12] зависимостям для центров HL2 (B) место ускорение термоэмиссии в несколько раз [6,17].

и HL5 (HB5, A) (рис. 2, прямые 3 и 4). Известно, На этом основании мы идентифицируем ГУЦ3 не как что центры HL2 и HL5 наблюдаются в ряде слоев железо, а, предположительно, как HM1, т. е. мышьяк в GaAs, выращенных методом жидкофазной эпитаксии в подрешетке галлия.

атмосфере H2 (см., например, [2,8,11]). Заметим, что Время жизни электронов при плотности тока в упомянутых работах имеется значительный разброс 1–50 А/см2 составляет n = 25-30 нс.

приводимых значений энергий ионизации и сечений заТаким образом, в образцах групп 1 и 2 образуются разхвата. Возможно, что этот разброс обусловлен различличные ГУЦ, хотя условия изготовления этих образцов ными условиями выращивания [11]. Другая возможная идентичны, за исключением газовой среды. Рассмотрим причина разброса параметров, приводимых в литературе, возможные причины этих различий. Дело в том, что при та, что даже незначительная погрешность при измерении проведении процессов выращивания в потоке водорода зависимости Аррениуса может привести к существенной происходит насыщение слоев GaAs из расплава Ga кремпогрешности значений энергии ионизации и сечения нием, кислородом и их соединениями в основном за счет захвата. На основании проведенного анализа мы предреакции восстановления кварца водородом с образованиполагаем, что наблюдаемые нами центры ГУЦ1 и ГУЦем окиси кремния и паров воды. В результате содержание идентичны центрам HL2 и HL5 соответственно.

кремния и кислорода в неактивном состоянии в слоях Значения n при плотности тока 1–10 А/см2 равны нелегированного GaAs может достигать 1017-1018 см-3.

200–250 нс. Для центра HL5 сечение захвата электроПри выращивании GaAs в атмосфере аргона загрязнения на составляет n = 8 · 10-17 см2, а для HL2 — расплава Ga этими элементами должно быть значительn = 2 · 10-19 см2 при T = 300 K [15]. Используем изно меньше. Это приводит к существенному различию вестную формулу n =(nvTnNt)-1, где vTn — тепловая примесного фона в расплаве Ga и, следовательно, в слое скорость электронов (vTn = 4.5·107 см/с при T = 300 K).

GaAs при выращивании в потоке H2 и Ar.

Тогда при концентрации центров Nt = 0.4·1015 см-3 имеИзвестно также, что тип и концентрация примесей окаем n 700 нс, и, таким образом, в наших образцах HLзывают дополнительное воздействие на концентрацию является эффективным рекомбинационным центром.

электрически активных дефектов. Кроме того, кремний и кислород являются активными комплексообразовате4.2. Образцы группы лями. Все это дает основания полагать, что появление ГУЦ1 (HL2) и ГУЦ2 (HL5) в образцах группы 1 связано Путем аналогичных измерений определена величина с влиянием кремния и кислорода, а также предполоNi(T1) =(2-3)·1015 см-3. Слабая температурная зависижить, что ГУЦ1 и ГУЦ2 могут содержать атомы этих мость емкости (температурный коэффициент емкости раэлементов. Согласно [18], концентрации HL2 и HLвен 2·10-4 град-1) указывает на отсутствие перекомпенопределяются главным образом температурой выращисированного слоя в базе. В интервале 80 < T < 350 K вания в H2; однако наши результаты указывают на наблюдался один пик DLTS, по которому была опресущественное влияние примесей на концентрации этих делена зависимость th(T ) (рис. 2, прямая 5). Для ГУЦ (при прочих равных условиях).

этого центра (ГУЦ3) определяем энергию ионизации Et = Ev +(0.62 ± 0.02) эВ, Nt = 0.2 · 1015 см-3.

Зависимость th(T ) совпадала (с погрешностью менее 5. Заключение 15%) с зависимостью th(T ) для железа в GaAs [13] (рис. 2, прямая 6). Однако известно, что железо редко Все n+-p-переходы близки к резким.

встречается как остаточная примесь в эпитаксиальных В p-слоях, выращенных в водороде и в аргоне, образуслоях GaAs [16]. Это объясняется малым коэффициенются различные ГУЦ, причем в последних концентрация том сегрегации железа (порядка 10-7) при температурах ГУЦ меньше, что объясняется значительно меньшей эпитаксиального роста (T < 800-900C) [13]. Исконцентрацией кислорода и кремния. Глубокоуровневые пользуя это значение коэффициента сегрегации, можно центры в образцах, выращенных в водороде, по-видимопоказать, что концентрация железа в наших эпитакму, идентичны центрам HL2 и HL5, а в образцах, сиальных слоях не может превышать 1011 см-3. На выращенных в аргоне, идентичны мышьяку в подрешетке рис. 2 (прямая 7) приведена также зависимость th(T ) галлия (HM1).

для ГУЦ, который обозначен как HM1 и, предположиОтсутствие глубокоуровневых центров HL2 и HLтельно, является дефектом перестановки (мышьяком в в образцах, выращенных в аргоне, указывает на суподрешетке галлия) [14]. Для этого ГУЦ (при заданной температуре) th приблизительно в 2 раза меньше, чем щественное влияние примесное среды на образование для наблюдаемого ГУЦ3. Однако в работе [14] использо- этих центров. В образцах, выращенных в аргоне, время вались диоды Шоттки с концентрацией мелкой примеси жизни неосновных носителей меньше, чем в образцах, в базе (5-10) · 1016 см-3; это означает, что уже при выращенных в водороде.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Глубокоуровневые центры в нелегированных слоях p-GaAs, выращенных методом жидкофазной... Список литературы Deep level centers in undoped p-type GaAs layers grown by liquid phase epitaxy [1] В.Г. Никитин, И. Рачинска, Е.Р. Сеель, М.Н. Степанова, L.S. Berman, V,G. Danil’chenko, V.I. Korol’kov, Д.Н. Третьяков, Т.П. Федоренко. Тез. докл. 3-й Всес.

конф. по физическим процессам в полупроводниковых F.Yu. Soldatenkov гетероструктурах (Одесса, 1982) т. 2, с. 146.

Ioffe Physicotechnical Institute, [2] М.М. Соболев, П.Н. Брунков, С.Г. Конников, М.Н. СтепаRussian Academy of Sciences, нова, В.Г. Никитин, В.П. Улин, А.Ш. Долбая, Т.Д. Камуша194021 St.Petersburg, Russia дзе, Р.М. Майсурадзе. ФТП, 23, 1058 (1989).

[3] D.V. Lang. J. Appl. Phys., 45, 3023 (1974).

[4] Л.С. Берман, А.Д. Ременюк, М.Г. Толстобров. Препринт

Abstract

Deep level centers in GaAs p-n junctions produced № 974 (Л., ФТИ, 1985).

by liquid phase epitaxy in hydrogen or argon atmosphere were [5] Ю.Р. Носов. Физические основы работы полупроводниinvestigated. Minority carrier lifetimes in p-type layers grown in ковых диодов в импульсном режиме (М., Наука, 1968).

hydrogen are one order higher than those in p-type layers grown [6] Л.С. Берман, А.А. Лебедев. Емкостная спектроскопия in argon. It is shown that layers grown in different flowing gases глубоких центров в полупроводниках (Л., Наука, 1981).

have different deep level centers. In samples, grown in hydrogen, [7] Л.С. Берман. Введение в физику варикапов (Л., Наука, two deep level centers were found, which act as hole traps. Their 1968).

Pages:     || 2 |



© 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.