WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 8 Об особенностях электрофизических свойств гетероструктур CdxHg1-xTe/CdZnTe © А.Г. Белов, А.И. Белогорохов¶, В.М. Лакеенков Государственный научный центр ”Гиредмет”, 109017 Москва, Россия (Получена 15 ноября 2000 г. Принята к печати 18 января 2001 г.) Проанализированы некоторые особенности электрофизических свойств гетероструктур CdxHg1-xTe/CdZnTe p-типа проводимости при температуре жидкого азота. Показано, что принятая теоретическая модель удовлетворительно описывает полученные экспериментальные данные. Оценены погрешности определения концентрации и подвижности тяжелых дырок, возникающие, если не учитывать вклады в электрофизические параметры от электронов и легких дырок.

1. Введение эпитаксиального слоя толщиной dep (d = ds + dep), справедливы следующие соотношения [1]:

Развитие эпитаксиальных методов получения узкозонd dep ds ных твердых растворов в последние годы выдвинуло = +, (1) ep s гетероструктуры CdxHg1-xTe/CdZnTe в ряд наиболее перспективных материалов для создания приемников Rd Rsds Repdep = +. (2) излучения инфракрасного диапазона. Исследуются эти 2 2 2 s ep вещества также весьма интенсивно, однако некоторые Здесь, s, ep — удельные электрические сопротивлеих свойства изучены явно не достаточно. Так, например, ния, соответственно, всей гетероструктуры, подложки не известно, как именно следует учитывать влияние и слоя; R, Rs, Rep — коэффициенты Холла для всей подложки при анализе данных электрофизических изгетероструктуры, подложки и слоя; e — заряд электрона.

мерений. Кроме того, вопрос о корректном (с учетом Выберем для оценки следующие значения входявсех факторов) определении таких важных параметров щих в формулы (1) и (2) параметров (T = 77 K):

материала, как концентрация и подвижность свободных ep = 1.0Ом · см; dep = 20 мкм; Rep = 600 см3/Кл;

носителей заряда, далек от своего разрешения. Не пре(1/Re = 1.05·1016 см-3); s = 50 Ом·см; ds = 1000 мкм;

тендуя на исчерпывающее рассмотрение данной задачи, Rs = 104 см3/Кл; (1/Re = 6.25 · 1014 см-3). При этом мы в настоящей работе сделали попытку проанализироимеем вать некоторые особенности электрофизических свойств dep ds Repdep Rsds рассматриваемых материалов и влияние ряда факторов = 1; = 3.

2 на точность определения концентрации и подвижности ep s ep s свободных носителей заряда в образцах p-типа проводиВидно, что вклад подложки в удельное сопротивление мости при температуре жидкого азота.

равен вкладу слоя, а коэффициент Холла составляет В работе исследовались эпитаксиальные слои приблизительно 1/3, т. е. пренебрежение вкладом подCdxHg1-xTe p-типа, выращенные методом жидкофазной ложки может привести к значительной ошибке в опредеэпитаксии на подложках CdTe и Cd1-yZnyTe лении ep и Rep.

(0.03 y 0.06) n- и p-типа проводимости.

Вместе с тем анализ многочисленных экспериментальных данных, полученных на большом количестве образцов (несколько сотен), не обнаружил каких-либо 2. Расчеты и оценки принципиальных отличий зависимостей коэффициента Холла от индукции магнитного поля, R(B), для эпиПринципиальное отличие эпитаксиальных гетеротаксиальных гетероструктур от аналогичных зависимоструктур от монокристаллических образцов в плане стей для монокристаллических образцов с близкими проведения электрофизических измерений состоит в наэлектрофизическими параметрами. Влияние подложки личии в таких структурах массивной подложки, толщина ”не ощущается”, что на первый взгляд представляется которой (500-1000 мкм) заметно превосходит толщину странным.

собственно слоя (20-40 мкм). Иначе говоря, подложка Предпринятое нами специальное исследование, посвяможет шунтировать эпитаксиальный слой и, следовательщенное изучению вклада подложки в электрофизические но, при анализе данных электрофизических измерений параметры гетероструктуры, показало, что между слоем ее влияние необходимо учитывать. В общем случае и подложкой существует некий потенциальный барьер, для системы, состоящей из подложки толщиной ds и ”развязывающий” слой и подложку по току, так что ¶ эпитаксиальный слой оказывается электрически изолиE-mail: belog@mig.phys.msu.su Fax: 7(095)4387664 рованным от подложки [2]. Иначе говоря, при анализе 918 А.Г. Белов, А.И. Белогорохов, В.М. Лакеенков данных гальваномагнитных измерений гетероструктур Если с помощью компьютера подогнать теоретичеCdxHg1-xTe/CdZnTe влияние подложки можно не учи- скую зависимость R(B) под экспериментальную, испольтывать, и все рассуждения, относящиеся к зависимо- зуя соотношение (3), то можно определить четыре незастям коэффициента Холла от индукции магнитного поля, висимых параметра: одну из концентраций, например ph R(B), для монокристаллических образцов, оказываются (n и pl однозначно связаны с ней [3]), и 3 подвижности:

применимыми к эпитаксиальным слоям. Отметим здесь µe, µl и µh, которые при подгонке должны варьироваться лишь некоторые принципиальные моменты.

как независимые переменные. Экспериментально измеАнализируя электрофизические свойства твердых расряются только две величины: R(B) и (при B = 0), творов CdxHg1-xTe при T = 77 K, мы должны иметь в т. е. мы имеем два уравнения: (3) и (4) и 4 неизвестных:

виду, что в образце присутствуют свободные носители ph, µe, µl, µh. Такая задача не может быть решена заряда трех типов: электроны n, легкие pl, и тяжелые однозначно. Неопределенность в выборе µe, µl и µh ph дырки. Соотношения между указанными величинами сводит на нет все преимущества подгонки и достичь при фиксированных значениях параметров x и T опредеувеличения точности не удается.

ляются только положением приведенного уровня Ферми F/kT [3]. В этом случае для зависимости коэффициента Холла от магнитного поля R(B), и удельного элек3. Экспериментальные результаты трического сопротивления,, справедливы следующие соотношения [4]:

Эпитаксиальные слои CdxHg1-xTe были получены ме1 A тодом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой R =, (3) e E2 + A2B2 ампуле из раствора–расплава на основе теллура. Для 2 2 2 уменьшения концентрации дырок эпитаксиальные гетеplµl phµh nµe A = + -, роструктуры подвергались отжигу в насыщенных парах 2 2 1 + µl B2 1 + µhB2 1 + µe Bртути. Толщины эпитаксиальных слоев (определявшиеся plµl phµh nµe E = + +, методом прямого визуального измерения под микро2 2 1 + µl B2 1 + µhB2 1 + µe Bскопом по сколу) изменялись в пределах 20–40 мкм, толщины подложек — в пределах 500-1000 мкм.

= e(plµl + phµh + nµe). (4) Для исследованных нами образцов вторым слагаемым в знаменателе формулы (3) можно пренебречь в сравнении с первым при B 1.4 Тл. Если взять для оценки значения подвижностей µe = 105 см2/(В · с), µl = 104 см2/(В · с), µh = 500 см2/(В · с), (µl/µh = 30 [5]), то получим, что при изменении B от 0.до 1.4 Тл множитель 1+µeB2 изменяется приблизительно в 100 раз, множитель 1 + µl B2 изменяется в 5.5 раз, тогда как множитель 1 + µhB2 остается практически неизменным. Это означает, что электроны вносят вклад в R(B) только при малых магнитных полях (B 0.1Тл), а вклад легких дырок, хотя и уменьшается с ростом B, для максимального используемого поля B = 1.4Тл оказывается сравнимым с вкладом тяжелых дырок. Отсюда следует, что, определяя концентрацию дырок как 1/Re, мы, на самом деле, получаем некое эффективное значение, совпадающее с ph только по порядку величины (то же самое относится и к ”подвижности”, определяемой как µ = R/).

В нашем примере = 0.87 Ом · см (формула (4)), и вклад от легких дырок не превышает 3%, поэтому 1/ ephµh с хорошей степенью точности. Таким образом, используя соотношения ph =, (5) Re R µh = (6) вместо (3) и (4), мы вносим некую погрешность, точно Экспериментальная (сплошная линия) и расчетная (штриховая оценить которую невозможно, так как значения µl и µh линия) зависимости коэффициента Холла от индукции магнитиз эксперимента не определяются. ного поля, R(B), для образца Cd0.215Hg0.785Te при T = 77 K.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Об особенностях электрофизических свойств гетероструктур CdxHg1-xTe/CdZnTe Значения параметров эпитаксиального слоя Cd0.215Hg0.785Te дырок µh = 480 см2/(В · с). Для других исследованных (dep = 20 мкм) при T = 77 K образцов значения упомянутых параметров, полученные путем подгонки, отличались от соответствующих эксЭкспериментальные Результаты Параметр периментальных данных не более чем на 20%. Иначе данные расчета говоря, использование приближенных формул (5) и (6) Удельное 2.05 1.для оценки концентрации и подвижности тяжелых дырок сопротивление,, Ом · см в исследованных образцах вместо выражений (3) и (4) вполне оправданно, так как вносит ошибку, не превышаКонцентрация носителей заряда, см-3: ющую 20%.

Электроны, n – 8.0 · Легкие дырки, pl – 1.5 · 4. Заключение Тяжелые дырки, ph 6.9 · 1015 7.0 · (1/Re; B = 1.4Тл) Таким образом, проведенные исследования показали.

Подвижность свободных 1. Вклад подложки в электрофизические параметры геносителей заряда, тероструктуры CdxHg1-xTe/CdZnTe можно не учитывать cм2/(В · с):

из-за наличия между эпитаксиальным слоем и подложкой Электроны, µe – 3.1 · потенциального барьера, изолирующего слой от подложЛегкие дырки, µl – 1.8 · ки.

Тяжелые дырки, µh 440 2. При анализе данных гальваномагнитных измерений (R/; B = 1.4Тл) эпитаксиальных слоев p-типа необходимо принимать µl/µh – во внимание наличие трех типов свободных носителей заряда: электронов, легких и тяжелых дырок.

3. Использование приближенных соотношений (5) и (6) для вычисления концентрации и подвижности тяГотовые образцы имели форму круга диаметром 20 мм.

желых дырок (без учета вклада электронов и легких Электрофизические измерения проводились по методу дырок) при B = 1.4Тл и T = 77 K вносит ошибку, не Ван-дер-Пау при комнатной температуре и температуре превышающую 20%.

жидкого азота в диапазоне магнитных полей 0.1-1.4Тл.

Контакты припаивались индием на свежепротравленную Работа выполнена при поддержке Российского фонда поверхность эпитаксиального слоя.

фундаментальных исследований, проект 00-02-17104.

Типичная для исследованных образцов зависимость R(B) при T = 77 K представлена на рисунке. Здесь Список литературы же приведена расчетная кривая R(B), полученная с помощью стандартной процедуры подгонки по методу [1] L.F. Lou, W.H. Frye. J. Appl. Phys., 56, 2253 (1984).

наименьших квадратов с использованием соотношений [2] А.И. Елизаров, В.В. Богобоящий, А.Г. Белов. ФТП, 24, (3) и (4). Как видно из рисунка, используемая нами про(1990).

цедура подгонки позволяет достичь удовлетворительно[3] А.И. Белогорохов, А.Г. Белов, Е.А. Виноградов, Е.П. Рашевго согласия между теоретической и экспериментальной ская. Препринт № 156 ФИАН СССР (М., 1988).

зависимостями. Максимум на кривой R(B) обусловлен [4] П.С. Киреев. Физика полупроводников (М., Высш. шк., влиянием электронов; если в формуле (3) не учитывать 1975).

электронные слагаемые, то этот максимум воспроизве[5] G.A. Shneider. Phys. St. Sol. (a), 31, K53 (1975).

сти не удается. Из рисунка видно также, что в области Редактор Т.А. Полянская сильных полей (B > 1.0Тл) кривая R(B) имеет наклон;

если бы она шла горизонтально, то это означало бы, что Several electrical properties условие R = 1/phe выполняется точно в этой области of CdxHg1-xTe/CdZnTe heterostructures магнитного поля.

Полученные в результате подгонки значения конценA.G. Belov, A.I. Belogorokhov, V.M. Lakeenkov траций и подвижностей свободных носителей заряда для State Institution of Rare Metals, того же образца представлены в таблице. Эти данные 109017 Moscow, Russia носят справочный характер: как уже упоминалось выше, используемая нами процедура подгонки не позво

Abstract

Some features of electrical properties of p-type ляет однозначно определить значения перечисленных CdxHg1-xTe/CdZnTe heterostructures at liquid nitrogen temperпараметров. Тем не менее, как видно из таблицы, для atures have been investigated. The theoretical model accepted рассматриваемого образца экспериментальное значение is shown to be in satisfactory agreement with experimental data.

1/Re = 6.9 · 1015 см-3 близко к расчетному значению The errors, revealed due to calculations of carrier concentrations концентрации тяжелых дырок ph = 7.0 · 1015 см-3, а and mobilities, have been evaluated, the electron and light hole значение R/ = 440 см2/(В·с) хорошо коррелирует с поcontributions to galvanomagnetic parameters being neglected.

лученным расчетным значением подвижности тяжелых Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып.




© 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.