WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 7 Время жизни носителей заряда в структурах на основе Hg1-xCdxTe (x = 0.22), выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии © А.В. Войцеховский, Ю.А. Денисов, А.П. Коханенко, В.С. Варавин, С.А. Дворецкий, В.Т. Либерман, Н.Н. Михайлов, Ю.Г. Сидоров Сибирский физико-технический институт, 634050 Томск, Россия Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 1 июля 1996 г. Принята к печати 25 октября 1996 г.) Приводятся результаты измерений времени жизни носителей заряда в эпитаксиальных структурах на основе узкозонного Hg1-xCdxTe (x = 0.22), выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии при импульсном возбуждении излучением на различных длинах волн. Показано, что в эпитаксиальных пленках p-типа проводимости время жизни определяется оже-механизмом рекомбинации в области температур, соответствующих примесной проводимости, а для эпитаксиальных пленок n-типа характерна рекомбинация через локальные центры.

Материал Hg1-xCdxTe, выращенный методом молеку- ной 5 11 мкм x = 0.21 0.22 (узкозонный слой), и лярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), характеризуется высо- вблизи буферного слоя выращивался слой с x = 0.5 кой степенью однородности свойств в пределах доста- (широкозонный) толщиной менее 1 мкм. Измерение точно больших размеров подложки, при этом удается концентрации и подвижности носителей заряда в пленках реализовать заранее заданные профили легирования и при T = 80 K проводилось методом Ван-дер-Пау. Измесостава. Это позволяет создавать на его основе мно- рение времени жизни фотоносителей осуществлялось по кинетике сигнала фотопроводимости при генерации негоэлементные полупроводниковые детекторы излучения, равновесных носителей заряда импульсами оптического обеспечивающие обработку сигнала непосредственно в излучения [10]. Для генерации фотоносителей в объеме фокальной области [1–3]. Наиболее важным параметром пленки использовалось излучение с = 10.6 мкм, фоточувствительного материала является время жизни носителей заряда, которое определяет в конечном сче- а в приповерхностном слое — излучение с = 0.те его фотоэлектрические и флуктуационные характе- и 1.5 мкм.

Типичная зависимость времени жизни фотоносителей ристики.

( ) от температуры в области температур (T ), соотНеобходимо отметить, что в настоящее время имеется незначительное число работ, в которых приводятся результаты измерений времени жизни носителей заряда в пленках Hg1-xCdxTe, выращенных методом МЛЭ [4–6].

Поэтому представляет интерес проведение измерений времени жизни фотоносителей в эпитаксиальном материале и анализ возможных механизмов рекомбинации в области температур, соответствующих примесной проводимости полупроводникового соединения. Данная работа посвящена исследованию рекомбинационных свойств эпитаксиального Hg1-xCdsTe (x = 0.22) p- и n-типа проводимости.

Эпитаксиальные слои Hg1-xCdsTe выращивались ме тодом МЛЭ при температуре 190 C [7]. Подложками служили пластины CdTe и GaAs ориентации (112) и (103) с буферными слоями CdTe, CdZnTe. Для получения пленок дырочного типа проводимости проводился последующий отжиг [8], состав определялся с помощью автоматизированного эллипсометра во время выращивания пленки [9]. Для снижения рекомбинации на поверхности пленки и вблизи границы раздела с подложкой выращивались варизонные структуры с соРис. 1. Температурные зависимости времени жизни носителей ответствующим профилем состава по толщине. В позаряда (1, 2) и сигнала фотоответа Uph (3, 4) для эпитакверхностном (широкозонном) слое реализовался состав, сиальной пленки (образец 4), измеренные при возбуждении соответствующий x = 0.3, в центральной части толщи- излучением с = 10.6 мкм (1, 3) и = 0.9 мкм (2, 4).

Время жизни носителей заряда в структурах на основе Hg1-xCdxTe... и в предыдущем, имеются две составляющие (T) и экстремум при T = 120 K. Отметим, что, как правило, для тех образцов, где наблюдается зависимость сопротивления от температуры с экстремумом, характерна подобная же температурная зависимость фотоответа.

Этого следовало ожидать, так как зависимости сигнала фотоответа от температуры определяются не только зависимостью (T ), но и зависимостью проводимости образца от температуры (фотоответ /0, где 0 — темновая проводимость, = P/h — изменение проводимости под действием излучения, —квантовая эффективность, P — мощность падающего излучения, h — энергия кванта излучения). На ход зависимостей фотоответа от температуры влияет зависимость (), так как с ростом температуры и увеличением ширины запрещенной зоны Eg уменьшается граничная длина волны поглощения и соответственно падает коэффициент Рис. 2. Температурные зависимости времени жизни носителей поглощения на 10.6 мкм. Поглощение на = 0.9мкм заряда (1–3) и сигнала фотоответа Uph (4, 5) для эпитаксиальосуществляется в приповерхностном слое пленки, так ной пленки p-типа проводимости (образец 2) при возбуждении как в этом случае коэффициент поглощения велик. Этим излучением с = 10.6 мкм (2–4) и с = 0.9 мкм (1, 5).

2 — быстрая, 3 — медленная составляющие. можно объяснить различное поведение зависимостей фооответа для случаев возбуждения на = 10.6 и 0.9 мкм при схожем виде зависимостей (T ).

Для интерпретации механизмов рекомбинации обраветствующих примесной проводимости для n-образца тимся к рис. 3, на котором приведены эксперименталь(образец 4), приведена на рис. 1. Необходимо отменые температурные зависимости времени жизни носитетить, что температурные зависимости времени жизни лей заряда исследуемых образцов при = 10.6 мкм, и сигнала фотоответа (см. вставку на рис. 1) похожи для случаев возбуждения излучением с = 10.6 и 0.9 мкм. Некоторая особенность наблюдается в области температур 120 150 K, где зависимость (T ) для = 0.9 мкм замедляет свой рост по сравнению с зависимостью для = 10.6 мкм, что, по-видимому, связано с влиянием поверхностной рекомбинации при коротковолновом возбуждении. В то же время зависимость сигнала фотоответа от температуры характеризуется спадом с ростом температуры, причем имеется некоторый сдвиг в сторону высоких температур при переходе от = 10.6 мкм к = 0.9 мкм. Для образцов p-типа проводимости (образец 2) температурные зависимости времени жизни носителей заряда и сигнала фотоответа при возбуждении с = 10.6 и 0.9 мкм приведены на рис. 2. Видно, что для температурной зависимости времени жизни (T ) при = 10.6 мкм характерно наличие двух составляющих: быстрой и медленной. Быстрая составляющая изменяется от 10 до 160 нс в диапазоне температур 80 170 K, а медленная составляющая соответственно от 1 до 10 мкс. Для случая = 0.9 мкм зависимость (T) характеризуется наличи- Рис. 3. Температурные зависимости времени жизни носителей заряда для исследуемых эпитаксиальных пленок: эксперименем ”плато” в области низких температур. Обращает на тальные (1–5) и расчетные (6, 7). Номера кривых соотсебя внимание существенное различие вида зависимоветствуют номерам образцов со следующими параметрами:

стей фотоответа от температуры для рассматриваемых 1 — x = 0.208, p = 2.2 · 1015 см-3; 2 — x = 0.224, случаев. При = 0.9 мкм на зависимости фотответа от p = 6.5 · 1015 см-3; 3 — x = 0.223, n = 1.2 · 1015 см-3;

температуры имеется максимум в области 90 100 K.

4 — x = 0.210, n = 6.2 · 1015 см-3; 5 — x = 0.225, Аналогичная картина кинетики фотоответа наблюдается p = 1.2 · 1015 см-3. Режимы послеростового отжига — и для образцов n-типа проводимости (образец 3), но температура Ta/время ta: 2 — 200 C/100 ч; 5 — 200 C/120 ч.

при возбуждении с = 0.9 мкм. В этом случае, как 6, 7 — см. пояснение в тексте.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 776 А.В. Войцеховский, Ю.А. Денисов, А.П. Коханенко, В.С. Варавин, С.А. Дворецкий В.Т. Либерман...

что соответствует объемному возбуждению фотоноси- [6] S.N. Shin, J.M. Arias, M. Zandian, J.G. Pasko, R.E. DeWames.

Appl. Phys. Lett., 59, 2718 (1991).

телей. На этом же рисунке приведены рассчитанные [7] В.С. Варавин, Ю.Г. Сидоров, В.Г. Ремесник, С.И. Чикичев, зависимости (T ) для оже-механизмов рекомбинации в И.Е. Нис. ФТП, 78, 577 (1994).

материале Hg1-xCdsTe с x = 0.2 n- и p-типа проводимо[8] K.N. Svitashev, S.A. Dvoretsky, Yu.G. Sidorov, V.A. Shvets, сти (кривые 7 и 6 соответственно) с концентрациями A.S. Mardezhov, I.E. Nis, V.S. Varavin, V.I. Liberman, носителей заряда n = 1 · 1015 и p = 1 · 1016 см-V.G. Remesnik. Cryst. Res. Technol., 29, 931 (1994).

соответственно. Видно что для образцов p-типа прово[9] В.Н. Овсюк, В.В. Васильев, Т.И. Захарьяш, В.Г. Ремесник, димости (образцы 2, 5) наиболее вероятным механизмом С.В. Студеникин, Н.Х. Сусляков, Н.Х. Талипов, Ю.Г. Сирекомбинации в области температур, соответствующих доров, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, В.И. Либерман, примесной проводимости, является оже-рекомбинация В.С. Варавин. ФТП, 2, 193 (1996).

при дырочных столкновениях с переходом дырки из зоны [10] A.V. Voitsekhovskii, Yu.V. Lilenko. Phys. St. Sol. (a), 67, (1981).

тяжелых дырок в зону легких дырок [11]. Для образцов [11] А.В. Войцеховский. Изв. вузов. Физика, 37, 99 (1994).

n-типа проводимости (образцы 3, 4), как показывает [12] А.В. Войцеховский, Ю.В. Лиленко. Деп. ВИНИТИ, расчет, межзонные механизмы рекомбинации типа оже№ 5200-81Деп., с. 36 (1981).

или излучательного механизмов дают незначительный вклад [11,12]. Наиболее вероятным является механизм Редактор Л.В. Шаронова рекомбинации через локальные центра. Наличие двух составляющих времени жизни может быть связано для Charge carrier lifetime in Hg1-xCdxTe образцов p-типа проводимости с вкладом в рекомбина(x = 0.22)-based structures grown by ционный процесс наряду с межзонными механизмами — molecular beam epitaxy механизмов, связанных с рекомбинационными центрами.

В то же время для образцов n-типа проводимости на- A.V. Voitsekhovski, Yu.A. Denisov, A.P. Kochanenko, личие двух составляющих времени жизни может быть V.S. Varavin, S.A. Dvoretsky, V.T. Liberman, объяснено наличием рекомбинационных центров с рез- N.N. Michailov, Yu.G. Sidorov кой асимметрией величин поперечных сечений захвата Siberian Physicotechnical Institute, для электронов и дырок.

634050 Tomsk, Russia Существенным отличием полученных результатов от Institute for Semiconductor Physics, данных работы [5] является реализация в исследуеSiberian Brauch of Russian Academy of Sciences, мых образцах p-типа проводимости межзонного оже630090 Novosibirsk, Russia механизма рекомбинации носителей заряда в области температур, соответствующих примесной проводимости.

Abstract

The results of measurements of charge carrier lifetime Это, по-видимому, связано с послеростовой термической in epitaxial structures based on narrow gap Hg1-xCdsTe (x = 0.22) обработкой эпитаксиальных пленок n-типа проводимоgrown by molecular beam epitaxy and excited by pulse laser сти, в которых наблюдалась рекомбинация через центры radiation with different waveleghts are presented. It is shown с энергией вблизи середины запрещенной зоны, как и в that lifetime in p-type epitaxial layers are determined by Auger работах [5,6]. Снижение дефектности пленок после отrecombination in a temperature range corresponding to extrinsic жига позволяет получить времена жизни, ограниченные conductivity, while to n-type epitaxial layers is peculiar recombinaмежзонной оже-рекомбинацией. В пользу этого факта tion through local centers.

говорит зависимость (T ) для образца 1 p-типа проводимости, полученного без отжига, для которого характерны более низкие (по сравнению с расчетными для оже-рекомбинации) значения времени жизни носителей заряда.

Список литературы [1] А.В. Войцеховский, В.Н. Давыдов. Фотоэлектрические МДП структуры из узкозонных полупроводников (Томск, Радио и связь, 1990) с. 382.

[2] В.А. Кемарский, Н.А. Кульчицкий. В сб.: Обзорная информация. Обзор № 5207, ч. 2, с. 3 (1990).

[3] А.В. Войцеховский, И.И. Ижнин, Н.А. Кульчицкий, В.А. Кемарский. В сб.: Зарубежная электронная техника (М., ЦНИИ ”Электроника”, 1992) № 12, с. 3.

[4] V.C. Lopes, A.G. Syllaics, N.C. Chen. Semicond. Sci. Technol., 8, 824 (1993).

[5] M.E. de Souza, M. Boukerche, J.P. Faurie. J. Appl. Phys., 68, 5195 (1990).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.