WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 6 Миграция точечных дефектов в соединениях AIVBVI в поле лазерной волны ¶ © С.В. Пляцко Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина (Получена 16 июля 2001 г. Принята к печати 28 ноября 2001 г.) Представлены результаты по лазерно-стимулированному (h < Eg) преобразованию дефектов в соединениях AIVBVI. Установлено увеличение скорости генерации дефектов в кристалле с ростом концентрации свободных носителей и электрического поля в электромагнитной волне лазерного излучения. Проведен анализ особенностей направленной миграции собственных и примесных дефектов при совместном воздействии лазерного излучения и внешнего электрического поля в модели, предполагающей основным источником дефектов области скопления включений, размер которых значительно меньше длины волны излучения в кристалле. Перемещение и направленная миграция индуцированных дефектов в решетке происходят в результате увлечения активированных атомов свободными носителями тока в поле лазерной волны EL и внешнего электрического поля Eex. Проведены оценки коэффициентов диффузии и эффективных зарядов увлечения дефектов, индуцированных лазерным излучением.

1. Введение электромагнитном поле лазерного излучения, поскольку в этом случае к кристаллу бесконтактно прикладываК неразрушающим методам преобразования объемных ются сильные электрические поля, что в узкощелевых свойств полупроводниковых кристаллов можно отнести полупроводниках осуществить особенно трудно иным лазерное воздействие с энергией кванта излучения, образом. В этой модели изменение концентрации деменьшей ширины запрещенной зоны полупроводника фектов со временем при лазерном воздействии необ( Eg) [1–3], когда прямая однофотонная генерация ходимо рассматривать с точки зрения представлений свободных носителей отсутствует. В этом случае воз- о диффузии под действием внешних сил, в качестве можно проявление по крайней мере двух механизмов которых выступает электрическое поле лазерной волны поглощения — свободными носителями заряда, а также EL. Электрическое поле EL влияет непосредственно на включениями собственных и примесных компонентов движение активированной частицы, если она заряжена, дефектов. Поглощение излучения дефектами приводит а также при взаимодействии свободных носителей с чак разогреву включений и диффузии компонентов вклю- стицами, независимо от того заряжена она или является чений в матрицу кристалла. Лазерно-стимулированные нейтральной. В любом случае необходимым условием точечные дефекты являются „чужими“ относительно перемещения частиц в кристаллической решетке являосновной решетки и поэтому вызывают сильное локаль- ется изменение их кинетической энергии, которое должное возмущение и отклонение от состояния равновесия. но быть достаточным для преодоления потенциального Активированные дефекты эффективно рекомбинируют барьера и перехода в устойчивое состояние — узел или с генетически не связанными с ними электрически междоузлие.

активными вакансиями или занимают устойчивое меж- Поэтому в эксперименте следует ожидать наблюдеузельное положение. Локальные поля упругих напряже- ния зависимости скорости генерации дефектов от конний проявляются в изменении энергетического положе- центрации свободных носителей тока (для постоянной ния существующих уровней точечных дефектов [4]. плотности мощности W = const) и от электрического Доля „отожженных“ равновесных дефектов [3] опре- поля лазерной волны EL для кристаллов с равными деляется плотностью мощности лазерного излучения концентрациями носителей, а также анизотропии мина мишени, временем облучения, длиной волны лазер- грации в совместных полях EL и внешнем постоянном ного излучения, а также природой и концентрацией электрическом поле Eex.

примесей, что в принципе не противоречит модели лазерно-стимулированных локальных термодиффузион2. Эксперимент ных источников [5–6], но не объясняет направленное перемещение дефектов в решетке [7]. Кроме того, таОблучение проводилось при комнатной температуре.

кой механизм при равномерном разогреве включения в Температура кристаллов контролировалась и не превыусловиях стационарного облучения может быть только шала 473 K. Термический отжиг при таких температурах изотропным источником одиночных атомов в окрестнов абсолютно аналогичных условиях не приводил к изсти включения. Поэтому в последних работах предлагаменению объемных свойств исследуемых материалов.

ется рассматривать миграцию активированных атомов в Плотность мощности лазерного излучения выбиралась ¶ E-mail: plyatsko@laser.semicond.kiev.ua ниже порога регистрируемых разрушений и изменялась Миграция точечных дефектов в соединениях AIVBVI в поле лазерной волны в пределах 5 W 35 Вт/см2. Нижний предел W соответствует плотности мощности излучения, для которой не наблюдаются изменения в кристалле при достаточно длительных временах взаимодействия лазерного излучения и кристалла. Внешнее электрическое поле, как правило, было постоянным и не превышало величины Eex 1 В/см. Облучение проводилось на длине волны CO-лазера ( = 5-6мкм) или CO2-лазера ( = 10.6мкм).

Для исследований использовались кристаллы соединений AIVBVI, которые были выращены методом Чохральского, Бриджмена, направленной кристаллизацией из расплава и паровой фазы. Легирование образцов проводилось непосредственно при выращивании. Примеси Na, Tl, Ga, In вводились для изменения концентрации носителей тока, а парамагнитные примеси переходной (Mn) и редкоземельной (Eu) групп выполняли функцию индикаторов локализации примесного центра в решетке. Концентрация носителей тока и тип проводимости монокристаллов определялись концентрацией введенной примеси и отклонением от стехиометрии: 2 · 1016 p, n 1020 см-3. Марганец и европий вводились в кристаллы в малых концентрациях (Nimp 1018 см-3), когда линия обменного взаимодействия в спектрах электронного парамагнитного резонан- Рис. 1. Зависимости скорости генерации дефектов при лазерном облучении кристаллов PbTe (кривая 1) и PbSnSe са (ЭПР) еще не возникает. При расположении Mn в (кривая 2) от концентрации свободных носителей тока p0.

узле и в междоузлии полуширина линий и g-фактор Температура измерения T = 77 K. Плотность мощности ионов Mn разные и хорошо установлены [8], что позлазерного излучения W, Вт/см2: 1 — 20, 2 —7.5.

воляет использовать ЭПР для определения положения ионов в решетке.

Распределение примесей вдоль кристалла определялось из измерений эффекта Холла, а также по зависимоных носителей, когда эффект еще проявляется при макстям интегральных интенсивностей линий ЭПР от вресимально допустимых плотностях мощности излучения.

мени взаимодействия и плотности мощности лазерного Так, в кристаллах Si : P и GaAs: Te(Sn) с концентрацией излучения, а также от взаимной ориентации Eex и EL.

носителей n 1015 см-3 и плотности мощности лазерного излучения W 102 Вт/см2 не удалось обнаружить перераспределения точечных собственных и примесных 3. Результаты эксперимента дефектов в кристаллах. Для соединений AIVBVI нижний предел по концентрации установить не удалось, что обуОсновным механизмом поглощения лазерного излусловлено особенностями диаграммы состояния, исходя чения в спектральной области 5–10 мкм является поиз которых получить кристаллы с концентрацией носиглощение на свободных носителях, поэтому скорость телей тока, близкой к собственной ( 1016 см-3), без генерации дефектов = dN/dt при реализации только специального легирования или температурного отжига, механизма прямого поглощения излучения включенияпредставляется крайне затруднительным. Кроме того, ми должна была бы возрасти в кристаллах с низкив узкощелевых полупроводниках понижение концентрами значениями концентрации носителей тока. Однако ции носителей тока теряет смысл, поскольку при испольв эксперименте возрастает с увеличением концентразованных плотностях мощности лазерного излучения ции носителей тока p0 (рис. 1). Исследования лазерноиз-за повышения температуры кристалла концентрация стимулированных преобразований в кристаллах с разотличается от исходной при комнатной температуре ной концентрацией носителей тока показали, что для и в кристаллах с низкой концентрацией носителей тока получения равных значений доли отожженных дефектов будет близка к собственной.

(t) =[N0 - N(t)]/N0 в кристаллах с меньшей изначальной концентрацией свободных носителей тока лазерный Скорость изменения концентрации лазерно-стимули„отжиг“ необходимо проводить при больших значениях рованных дефектов зависит также и от плотности плотности мощности W. мощности излучения W. На рис. 2, a, b представлены Практически для всех исследованных кристаллов су- зависимости от плотности мощности W на образце и ществует некий нижний предел по концентрации свобод- от электрического поля EL лазерного излучения, распроФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 668 С.В. Пляцко Рис. 2. Зависимости скорости генерации собственных дефектов от плотности мощности лазерного излучения на образце W (a) и от электрического поля EL лазерной волны в кристалле (b). 1— p-PbSnSe, 2 — p-PbTe, 3 — p-PbSnTe. Изначальная концентрация носителей тока при T = 77 K p, 1018 см-3: 1 — 20, 2 —2.8, 3 — 0.51.

страняющегося в кристалле для образцов соединений AIVBVI. Каждая точка на кривой соответствует одной и той же изначальной концентрации носителей тока в образце. Видно, что зависимости (W, EL) не являются линейными и качественно подобны для кристаллов с разной изначальной концентрацией свободных носителей тока. Однако возникновение второго наклона зависимостей (W, EL) происходит при разных значениях электрического поля Ec и плотности мощности Wc.

На рис. 3 представлены распределения концентрации электрически активных дефектов вдоль кристалла p-PbSnTe, который находился одновременно в поле лазерной волны EL и внешнем постоянном электрическом поле Eex. Направление Eex находилось в плоскости поляризации лазерной волны Eex EL. Величина Eex незначительна и более чем на порядок ниже максимального значения EL 70 В/см в полупроводнике. С течением времени взаимодействия Eex и EL с кристаллом сначала происходит инверсия типа проводимости, причем за время на порядок меньшее, чем в отсутствие Eex, а затем наблюдается перераспределение собственных дефектов вдоль образца по направлению действия внешнего поля.

По истечении 10–14 ч облучения и при W = const Рис. 3. Распределения концентрации свободных носителей устанавливается распределение концентрации носителей тока в кристалле PbTe в условиях совместного действия лазертока, показанное на рис. 3. Концентрация носителей ного излучения и внешнего постоянного электрического поля.

тока в кристалле определяется собственными точеч- 1 — до лазерного воздействия; 2, 3 — после инверсии типа ными дефектами, которые в этих полупроводниковых проводимости. Время облучения t, мин: 2 — 90, 3 —1.08 · 103.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Миграция точечных дефектов в соединениях AIVBVI в поле лазерной волны мента не удается, но во внешнем поле изменения очевидны. Анизотропия величины не наблюдается без внешнего электрического поля. Более того, для наблюдения анизотропии поле Eex может быть и переменным, но направленного перемещения ионов в этом случае получить нельзя.

4. Обсуждение результатов Все изменения, происходящие в кристаллах при взаимодействии с лазерным излучением, возможны благодаря, во-первых, большой концентрации электрически активных вакансий (NV 1019 см-3) как в металлической подрешетке, так и в подрешетке халькогенида, и, во-вторых, присутствию в матрице электронейтральных областей (включений), обогащенных собственными, а в случае легирования и примесными компонентами, а также их соединениями. Включения представлены в матрице в различной форме со значительной дисперсией по геометрическим размерам от 100 до 100 мкм [9–11]. Концентрация включений в работах не приводится, однако из полученных результатов оценить ее не представляет особого труда.

Рис. 4. Распределения примесей Eu и Mn в кристалле Так, концентрация включений свинца в PbTe размеPbTe в условиях совместного действия лазерного излучения ром Rinc 1300 составляет Ninc 1.4 · 1016 см-3, в и внешнего постоянного электрического поля. 1 —PbTe : Eu, которых содержится атомов Pb в пересчете на еди2 — PbTe : Mn. Время облучения t, мин: 1 — 840, 2 — 960.

ницу объема (1-5) · 1018 см-3. В действительности же такое значение концентрации включений в матрице PbTe не соответствует экспериментам по исследованию оптического поглощения в этих же кристаллах, которое материалах являются электрически активными, поэтона 3–4 порядка ниже расчетного inc SincNinc с учему полученное распределение концентрации носителей том ослабления излучения включениями размером d.

тока можно однозначно связать с перераспределением Поэтому реальная концентрация включений размера d в собственных компонентов вдоль кристалла. Распределематрице не должна превышать 1012 см-3 или изменяться ние можно практически полностью инвертировать при в незначительных пределах в сторону увеличения при изменении направления внешнего поля Eex в области, уменьшении сечения поглощения Sinc. Результаты экспеблизкой ко времени инверсии типа проводимости. Такое риментов по достижении инверсии типа проводимости же распределение ионов парамагнитных примесей, при при лазерном „отжиге“ нелегированных кристаллов сооблучении в аналогичных условиях, наблюдается в моединений AIVBVI с начальной концентрацией свободных нокристаллах PbTe : Mn(Eu) при исследовании спектров дырок 2 · 1019 см-3 достаточно убедительно показыЭПР ионов Mn и Eu (рис. 4, кривые 1, 2), когда конценвают, что концентрация атомов свинца во включениях трация примеси не определяет концентрацию носителей должна быть по крайней мере того же порядка, но тока. Значительное увеличение концентрации ионов Mn не ниже. Среднее расстояние d между включениями и Eu наблюдается в части образца, которая прилегала (Ninc 1/d3) при этом составляет d 103-104.

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.