WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

случае использовалось экспериментально измеренное Приведем некоторые численные примеры. На рис. время туннелирования 2 = 10-13 с (1 определялось приведены скорости захвата (вероятности деионизации) R в области обеднения однородно легированного по- по соотношению (2)), а масса носителей, определяющих лупроводника, нормированные на их значения в ней- процесс туннелирования, принималась равной массе легтральной области R0, в зависимости от потенциальной ких дырок [6]. Видно, что в случае сильной электронэнергии V для DX-центров в легированном кремнием фононной связи скорость захвата в области обеднения Al0.4Ga0.6As (1)–(4) и глубоких акцепторов в легиро- (линия 1) уменьшается с ростом V и слабо отличается ванном золотом германии (6). В случае DX-центров от зависимости R/R0 = exp(-V/kBT ), представленной в AlGaAs использовались обе обсуждающиеся в литена рис. 3 линией 5. В случае слабой электрон-фононной ратуре модели: сильной (зависимость 1) [7] и слабой связи скорость захвата в области обеднения может возраэлектрон-фононной связи (зависимости 2–4) [8]. Зависистать с ростом V на несколько порядков. Указанное размости 1–3 рассчитывались в приближении Хуанга и Риса личие может быть использовано для определения типа адиабатических потенциалов глубоких центров, в частСоотношения (13) и (14) полностью совпадают с соотношениями, полученными в работе [3], в которой рассматривались адиабатические ности DX-центров в легированном кремнием AlGaAs, потенциалы, соответствующие слабой электрон-фононной связи. Оддля которых аналогично исследованным DX-центрам в нако, учитывая, что в [3] не приведено прямых указаний об их прилегированном теллуром AlGaAs [6] следует ожидать менимости в случае сильной электрон-фононной связи и для полноты изложения, считаем необходимым привести их здесь. сильную электрон-фононную связь.

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 664 М.А. Демьяненко, В.Н. Овсюк, В.В. Шашкин 4. Эксперимент формирования слоя обеднения в n-AlGaAs C должна была увеличиваться. С ростом температуры C увелиДля того чтобы иметь возможность исследовать про- чивалась с энергией активации, равной 0.11 и 0.14 эВ цесс захвата на глубокие центры на одном образце как для образцов с x = 0.385 и 0.45 соответственно. Это, с в присутствии области обеднения, так и при плоских учетом того что концентрация электронов в зоне провозонах, методом молекулярно-лучевой эпитаксии на уста- димости (измерялась CV -методом) в процесс освещения новке ”RIBER 32P” выращивались следующие структу- образцов и сразу после выключения освещения в расры:

сматриваемой области температур понижалась с ростом - подложка i-GaAs ориентации (100);

температуры с энергией активации 0.085 и 0.09 эВ для - n+-GaAs, легированный кремнием с концентрацией образцов с x = 0.385 и 0.45, дает значения высоты барьNd = 1018 см-3, толщиной 0.5 мкм (омический контакт);

ера для захвата электронов на DX-центры со дна зоны - n-AlxGa1-xAs, легированный кремнием с проектируе- проводимости Ec 0.2 и 0.23 эВ соответственно. Укамой концентрацией Nd = 3 · 1017 см-3, толщиной 0.4 мкм занная температурная зависимость концентрации элек(слой с DX-центрами);

тронов n наблюдается при условии, что преобладающими - i-AlxGa1-xAs толщиной 0.45 мкм (изолирующий слой);

процессами являются оптическая ионизация DX-центров - i-GaAs толщиной 250 (пассивирующий слой). в зону проводимости и обратный захват электронов на Изолирующий слой позволял при изменении напряжения DX-центры, а n Nd, тогда n (NdP0/vT c)1/2.

на барьере Шоттки от 1 до -10 В получать в слое с Здесь Nd — концентрация DX-центров, P — поток DX-центрами как плоские зоны, так и хорошо сформи- квантов излучения, vT — тепловая скорость электронов, рованную область обеднения на границе с изолирующим 0 и c = c0 exp(-Ec/kBT ) — сечения оптической слоем с приповерхностным потенциалом 0.2 В. Барь- ионизации DX-центра и захвата на него электрона из ер Шоттки изготавливался напылением Au/Ti круглой зоны проводимости.

формы с площадью 1.26·10-3 см2. Состав слоев AlGaAs 2) Измерение параметров глубоких уровней методом составлял x = 0.385 и 0.45 и выбирался близким модуляционной спектроскопии [13]. В рассматриваемом к составу, соответствующему переходу ”прямозонный– здесь случае исследуемый глубокий уровень является непрямозонный”, при котором, по данным [12] и [11] основным легирующим уровнем, что потребовало дальсоответственно, минимумы трех долин приближенно нейшего развития метода. Однако на этом здесь мы остасовпадают. Это позволяет независимо от того, из волно- навливаться не будем, сообщим лишь, что в области темвых функций каких долин построена волновая функция ператур от 77 до 300 K при частотах модуляции от 8 Гц DX-центра, использовать конфигурационную диаграмму до 2 кГц существенно преобладающим был один уровень из двух адиабатических потенциалов, т. е. считать, что с параметрами: Ee = 0.41 эВ, e0 = 1.2 · 10-14 см2, опретерм U2, на который происходит переход с терма U1, деляющими сечение эмиссии e = e0 exp(-Ee/kBT ).

совпадает с дном зоны проводимости. При этом отно- Найденные параметры Ec, Ee и e0 хорошо соответствусительная масса m/m0 туннелирующего вдоль электри- ют известным параметрам DX-центров в легированном ческого поля электрона будет меняться незначительно: кремнием AlGaAs. Это указывает на то, что в наших 0.1 для -, 0.125 для L- и 0.2 для X-долины [11]. Кроме образцах исследуемые процессы захвата в действительтого, при этих значениях x зависимость высоты барьера ности определяются DX-центрами.

для захвата электронов на DX-центры со дна зоны 3) Измерение CV-методом профиля концентрации иопроводимости Ec имеет минимум [11] и, следовательно, низированных примесей после захвата электронов в слабо зависит от погрешности определения x. темноте в течение фиксированного времени на предС целью повышения достоверности результатов про- варительно ионизированные оптическим излучением водились три типа измерений. DX-центры при различных состояниях n-AlGaAs: от 1) Измерение амплитуды изменения высокочастотной плоских зон до хорошо сформированного обеднения.

емкости C ( f = 100 кГц) при периодическом освеще- При каждом фиксированном напряжении смещения барьнии образца ( fm = 8 Гц, скважность = 2) излучением ера Шоттки Vb DX-центры полностью ионизировались 1 мкм интенсивностью 1017 фот/см2·с в зависи- оптическим излучением с 1мкм, затем при этом мости от напряжения смещения на барьере Шоттки Vb же Vb образец выдерживался в темноте некоторое фик(от 1 до -10 В) при различных температурах (от 80 до сированное время (15 и 60 с для образцов с x = 0.140 K). Для образцов с x = 0.385 и 0.45 амплитуда и 0.45 соответственно), после чего быстро (за 5 с) запиизменения высокочастотной емкости C была меньше сывалась зависимость CV-концентрации NCV от глубины 0.1 пФ (модуляция толщины слоя обеднения много мень- слоя обеднения x при изменении Vb от -10 до 1 В. На ше своего среднего значения) и оставалась практиче- рис. 4 приведены полученные зависимости для образца ски постоянной при всех Vb, незначительно понижаясь с x = 0.45 (на образце с x = 0.385 зависимости при изменении Vb в сторону обеднения слоя n-AlGaAs. были аналогичны). Профиль концентрации, измеренный Следовательно, скорость захвата в обедненной области непосредственно при постоянном освещении образца не превышает скорости захвата в нейтральной области (кривая L на рис. 4), показывает, что реальная конценполупроводника, так как в противном случае по мере трация примеси оказалась близкой к проектируемой и Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Многофононный захват носителей на глубокие центры в обедненной области полупроводника что хорошее совпадение с экспериментом получается только для сильной электрон-фононной связи. В случае слабой электрон-фононной связи при энергии фононов локальных колебаний = 5.5мэВ [9], определяющих ход адиабатического потенциала в конфигурационном пространстве, скорость захвата возрастает с удалением от нейтрального объема полупроводника (рис. 4). Увеличение приводит к понижению времени туннелирования 1, что может привести к изменению знака dR/dV (см. соотношение (9)), однако даже увеличение до 36 мэВ (до энергии LO-фононов [11]) не позволяет получить хорошего согласия теории и эксперимента в рамках слабой электрон-фононной связи. Кроме того, при столь больших и T = 78 K туннелирование между адиабатическими потенциалами U1 и U2 облегчается настолько, что величина оптимальной колебательной энергии центра E < 1 мэВ, температурная зависимость скорости захвата слабо зависит от энергии E2 и имеет энергию активации 20 мэВ, что в 10 раз меньше известных экспериментальных данных [10]. Таким образом, можно заключить, что DX-центры в легированном кремнием AlGaAs обладают сильной электрон-фононной связью.

5. Заключение Рис. 4. Сплошными линиями показаны зависимости концентрации ионизированных примесей NCV от глубины x в Проведен анализ многофононного термополевого залегированной кремнием Al0.45Ga0.55As, измеренные в темнохвата термически равновесных носителей заряда на глуте через 60 с после окончания освещения при обедняющих бокие центры, расположенные в обедненной области понапряжениях на барьере Шоттки, указанных возле кривых в вольтах. L — профиль концентрации, измеренный в процессе лупроводника. Показано, что скорость захвата электрона освещения. Точками показаны расчетные зависимости NCV от на глубокий центр может иметь качественно различx: 1 — сильная электрон-фононная связь, = 5.5мэВ;

ную полевую зависимость. В случае сильной электрон2 и 3 — слабая электрон-фононная связь, = 5.5 и 36 мэВ фононной связи многофононный захват с предварительсоответственно. T = 78 K.

ным туннелированием электрона под потенциальный барьер области обеднения происходит с меньшей скоростью, чем прямой многофононный захват в нейтральном объеме полупроводника, а в случае слабой электронпостоянна по глубине легированного слоя AlGaAs. При фононной связи скорость захвата в обедненной области Vb = 0 изгиб зон на границе n-AlGaAs Vs равен примерно -10 мВ (зоны почти плоские) и скорость захвата элек- полупроводника может превысить скорость захвата в нейтральном объеме на несколько порядков.

тронов на DX-центры не зависит от x. С понижением потенциала Vb до -10 В на границе n-AlGaAs формирует- Результаты экспериментального исследования процессов захвата в легированном кремнием AlGaAs указывают ся слой обеднения и Vs возрастает до -200 мВ, при этом на сильную электрон-фононную связь в DX-центрах.

скорость захвата электронов на DX-центры, находящиеся в области обеднения, уменьшается с их удалением от Авторы благодарны А.И. Торопову за предоставленные нейтральной области полупроводника практически до структуры AlGaAs.

нуля.

На рис. 4 приведены также профили концентрации, рассчитанные в приближении Хуанга и Риса в слу- Список литературы чае слабой и сильной электрон-фононной связи при [1] T. Markvart. J. Phys. C: Sol. St. Phys., 14, L895 (1981).

Vb = -7 В с параметрами, использованными при рас[2] В.Н. Абакумов, И.А. Меркулов, В.И. Перель, И.Н. Яссиечете зависимостей на рис. 3. Считалось, что при вич. ЖЭТФ, 89, 1472 (1985).

малом изменении концентрации ионизированных цен[3] В. Карпус, В.И. Перель. ЖЭТФ, 91, 2319 (1986).

тров можно пренебречь изменением зависимости по[4] В.Н. Абакумов, В.И. Перель, И.Н. Яссиевич. Безызлутенциальной энергии центра V от координаты x. В чательная рекомбинация в полупроводниках (СПБ., этом случае концентрация ионизированных DX-центров Петербургский ИЯФ РАН, 1997), гл. 9, с. 10.

зависит от времени после выключения освещения сле- [5] S.D. Ganichev, I.N. Yassievich, W. Prettl, J. Diener, B.K. Meyer, дующим образом: NCV (x, t) = Nd exp(-R(x)t). Видно, K.W. Benz. Phys. Rev. Lett., 75, 1590 (1995).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 666 М.А. Демьяненко, В.Н. Овсюк, В.В. Шашкин [6] С.Д. Ганичев, И.Н. Яссиевич, В. Преттл. ФТТ, 39, (1997).

[7] D.V. Lang, R.A. Logan. Phys. Rev. B, 19, 1015 (1979).

[8] JCM Henning, IPM Ansems. Semicond. Sci. Technol., 2, (1987).

[9] P.M. Mooney, G.A. Northrop, T.N. Morgan, H.G. Grimmeiss.

Phys. Rev. B, 37, 8298 (1988).

[10] P.M. Mooney. J. Appl. Phys., 67, R1 (1990).

[11] S. Adachi. J. Appl. Phys., 58, R1 (1985).

[12] L. Pavesi, M. Guzzi. J. Appl. Phys., 75, 4779 (1994).

[13] Б.А. Бобылев, В.Н. Овсюк, С.Б. Севастьянов, В.И. Усик.

ФТП, 23, 1932 (1989).

Редактор В.В. Чалдышев Multiphonon capture of charge carriers at deep centers in the depletion region of semiconductors M.A. Dem’yanenko, V.N. Ovsyuk, V.V. Shashkin Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia Technological Institute of Applied Microelectronics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia

Abstract

Analysis of a multiphonon tunneling capture of thermal equilibrium charge carriers at deep centers located in the depletion region of semiconductors is carried out. It is shown that in the case of a strong electron-phonon coupling the multiphonon capture with preliminary tunneling of electrons under the potential barrier of the depletion region of the semiconductor occurs at a smaller rate than the direct multiphonon capture in a neutral volume of the semiconductor. In the case of a weak electron-phonon coupling the capture rate in depletion region of the semiconductor can exceed that in the neutral volume by some orders. The results of experimental investigation of the capture processes in a silicondoped AlGaAs evidence strong electron-phonon coupling in DXcenters.

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.