WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 8 Влияние примеси теллура на свойства твердых растворов Ga1-XInXAsYSb1-Y (X > 0.22) © Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 18 декабря 2001 г. Принята к печати 20 декабря 2001 г.) Проведено исследование влияния примеси теллура на электрофизические свойства твердых растворов Ga1-X InXAsY Sb1-Y (X = 0.22 и X = 0.24), выращенных методом жидкофазной эпитаксии из содержащих свиL нец растворов–расплавов. Показано, что при невысоком уровне легирования теллуром (XTe < 2 · 10-5 ат%) в неоднородных сильно компенсированных твердых растворах p-типа происходит „залечивание“ дефектов и появляется возможность получения слабо компенсированного материала с малым числом примесей и структурных дефектов. При высоком уровне легирования теллуром возможно получение материала nтипа с концентрацией электронов n = 1017-1019 см-3. Исследование электролюминесценции гетероструктур n-GaInAsSb/p-GaSb показывает возможность создания светодиодов с длиной волны = 2.0-2.5мкм.

1. Введение ми дефектами с энергией активации EA2 = 0.035 эВ и EA3 = 0.07 эВ, Te создавал новые акцепторные уровни Твердые растворы Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X > 0.22), с энергией активации EA4 = 0.1 эВ, связанные с образованием структурного дефекта (VGa–примесь Te).

имеющие ширину запрещенной зоны Eg = 0.4-0.5эВ, Поскольку теллур способен взаимодействовать с могут использоваться для создания оптоэлектронных вакансиями и дефектами, представляется интересным приборов в области длин волн = 2.5-3мкм. При исследовать его поведение в твердых растворах изготовлении таких приборов необходим материал как Ga1-XInX AsY Sb1-Y с Eg = 0.4-0.5эВ, которые могут n-, так и p-типа с высокой подвижностью электронов и дырок. В работе [1] нами было показано, что эпитак- найти широкое практическое применение. В настоящей сиальные слои твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y работе изучаются транспортные и фотоэлектрические свойства твердых растворов Ga1-XInX AsY Sb1-Y с с высоким содержанием индия в твердой фазе X = 0.22 и X = 0.24, полученных из содержащих X = 0.22-0.27 (Eg = 0.5-0.49 эВ при T = 77 K) свинец растворов–расплавов при различном уровне лемогут быть получены только благодаря использованию гирования теллуром. Исследования электропроводности свинца в растворе–расплаве в качестве нейтрального, коэффициента Холла R, холловской подвижности µ растворителя. При этом так же, как и в твердых в твердых растворах в интервале температур 77-300 K, растворах Ga1-XInXAsY Sb1-Y с меньшим содержанием а также электролюминесценции в гетероструктурах индия, нелегированные слои всегда имели p-тип с активным слоем Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X = 0.22 и проводимости. Для получения слоев n-типа в качестве X = 0.24) позволяют изучить энергетический спектр донорной примеси чаще всего используется теллур.

примесей, механизм рассеяния носителей тока и выявить Теллур, как легирующая примесь, в твердых растворах влияние теллура на свойства таких твердых растворов.

Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X = 0.10) изучался нами в работе [2]. Благодаря высокой температуре эпитаксиального роста (650C) была возможность получения твердых 2. Изготовление образцов растворов на подложках n-GaSb : Te толщиной около для исследований 100 мкм и для исследования гальваномагнитных явлений можно было удалить подложку. Было показано, Эпитаксиальные слои твердых растворов что теллур хорошо растворяется в твердом растворе Ga1-XInX AsY Sb1-Y с содержанием индия X > 0.(коэффициент сегрегации C = Csol/Cliq = 0.7) и создавыращивались методом жидкофазной эпитакет два донорных уровня: мелкий водородоподобный сии из содержащих свинец растворов–расплавов ED1 = 0.005 эВ, присущий примеси теллура, и более глупри температуре T =(560 ± 3)C [1]. В качестве бокий ED2 = 0.04-0.05 эВ, природа которого оставалась подложек использовались монокристаллические пластинеясной.

ны GaSb с ориентацией (100) n- и p-типа проводимости;

В работе [3] было показано, что в тонких нелегирован- в качестве компонентов шихты — бинарные соединения ных эпитаксиальных слоях твердых растворов толщиной GaSb, InAs, In чистотой 99.999%, Sb чистотой 99.999%, 3-5 мкм, выращенных на подложках n-GaSb : Te, всегда а также Pb чистотой 99.9999%.

происходила диффузия теллура из подложки. При этом В результате было создано два типа образцов: с бутеллур действовал двояко, создавая, с одной стороны, ферным слоем GaSb для исследования транспортных мелкие донорные уровни, а с другой стороны, взаимо- свойств твердых растворов и без буферного слоя — для действуя с присущими антимониду галлия природны- изучения электролюминесцентных свойств.

918 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев Таблица 1. Характеристики исследованных образцов твердых растворов Ga1-X InXAsY Sb1-Y с X = 0.T = 300 K T = 77 K № L XTe, ат% Тип, n, p, µ, Тип, n, p, µ, образца проводимости Ом-1 · см-1 1017 см-3 см2/(В · с) проводимости Ом-1 · см-1 1017 см-3 см2/(В · с) 1 – n 13 0.3 3500 p 0.7 0.2 2 1.31 · 10-5 p 23 2.8 500 p 26 0.7 3 1.75 · 10-5 p 50 6 520 p 27 0.46 4 2.2 · 10-5 n 15 3 300 p 0.46 0.5 5 1.09 · 10-4 n 125 1.8 3500 n 60 20 6 2.2 · 10-4 n 130 3 3700 n 75 1.2 7 1.9 · 10-2 n 2390 59 2526 n 1900 40 8 6.9 · 10-2 n 4550 170 1650 n 6000 180 L Примечание. XTe — концентрация примеси Te в расплаве.

2.1. Образцы с буферным слоем вале температур 77-300 K при напряженности магнитного поля 0-20 кЭ. Рассмотрим влияние легирования Для того чтобы избежать диффузии теллура из подтеллуром на гальваномагнитные явления в образцах с ложки n-GaSb : Te в эпитаксиальный слой твердого рассодержанием индия X = 0.22 и X = 0.24 раздельно.

твора и влияния этого процесса на электрофизические свойства материала, предварительно из содержащих свинец растворов–расплавов на подложке создавался допол3.1. Легированные теллуром образцы нительный буферный слой высокоомного p-GaSb с низс содержанием индия X = 0.кой концентрацией носителей тока и высоким удельным сопротивлением (p = 6 · 1014 см-3, 400 Ом · см) [4].

Характеристики исследованных образцов Толщина буферного слоя GaSb составляла 4–5мкм.

Ga1-XInX AsY Sb1-Y (X = 0.22) в зависимости от Затем на данном буферном слое из содержащих свиуровня легирования теллуром приведены в табл. 1.

нец растворов–расплавов выращивались эпитаксиальные Температурные зависимости коэффициента Холла R и слои твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y с содерподвижности µ даны на рис. 1 и 2 соответственно.

жанием индия X = 0.22 и X = 0.24 толщиной Как видно из табл. 1, нелегированный твердый раствор 1-3 мкм. При легировании данных твердых растворов (образец 1) при температуре жидкого азота имеет p-тип в качестве донорной примеси использовался теллур, проводимости с низкой концентрацией и подвижностью который вводился в жидкую фазу как в элементарL L дырок. Температурные зависимости коэффициента Холном виде (XTe < 10-2 ат%, где XTe — концентрация ла (рис. 1, a) и подвижности (рис. 2) при T < 150 K теллура в расплаве), так и в виде навески n-GaSb : Te L (XTe < 2.5 · 10-4 ат%). в образце № 1 указывают на проводимость по мелким акцепторным уровням. При T > 150 K наблюдается смена знака эдс Холла и резкое возрастание холловской 2.2. Образцы без буферного слоя подвижности, что может быть связано с началом перехоДля изучения электролюминесцентных свойств да к собственной проводимости. При T > 250 K уменьтвердые растворы Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X = 0.22 и шение коэффициента Холла R и большая величина поX = 0.24) выращивались из содержащих свинец движности µ >2000 см2/(В·с) полностью определяются растворов–расплавов непосредственно на подложке электронной проводимостью, т. е. наступает собственная p-GaSb с ориентацией (100) и легировались теллуром проводимость. Однако зависимость RT3/2 от обратной до концентрации свободных электронов в слое температуры при T > 250 K не экспоненциальная и не n = 1.2 · 1017-1018 см-3 при T = 77 K. На поверхности соответствует ширине запрещенной зоны твердого расгетероструктур n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y /p-GaSb методом твора. Такая неэкспоненциальная зависимость в случае стандартной фотолитографии создавались мезы собственной проводимости так же, как и низкая темперадиаметром 300 мкм.

тура перехода к собственной проводимости (T 150 K), могут указывать на существование глубоких „хвостов “ 3. Исследование транспортных примесных состояний, искажающих валентную зону и зону проводимости. Появление таких хвостов характерсвойств твердых растворов но для сильно компенсированного материала с большим Ga1-XInXAsYSb1-Y количеством неравномерно распределенных примесей На образцах прямоугольной формы с шестью индие- и структурных дефектов [5]. Свойства таких твердых выми контактами измерялись электропроводность, растворов при легировании теллуром резко изменяются коэффициент Холла R, подвижность µ = R в интер- в зависимости от уровня легирования.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние примеси теллура на свойства твердых растворов Ga1-XInX AsY Sb1-Y (X > 0.22) концентрацию ионизированных мелких примесей:

77 t NI = µI p77/µ77.

Для мелких примесных уровней NI = 2ND + p77, откуда находим концентрацию доноров ND. Концентрацию дырок при T 77 K полагаем равной p77 = pdepl = NA1 - ND, где pdepl — концентрация дырок при истощении мелких уровней, и оцениваем величину NA1.

L В образце 2 с содержанием теллура XTe = = 1.31 · 10-5 ат% NA1 = 1.5 · 1017 см-3, ND = 1016 см-3, степень компенсации K = ND/NA1 = 0.07. В образце L с содержанием теллура XTe = 1.75 · 10-5 ат% NA1 = = 8 · 1016 см-3, ND = 1016 см-3 и степень компенсации K = 0.12. Полученные значения NA1 и ND указывают на то, что мы получили нормальный слабо компенсированный материал p-типа при легировании теллуром в малых количествах. Объяснить это можно „залечиванием“ дефектов, когда теллур взаимодействует с заряженными скоплениями примесей и дефектов, нейтрализуя их. Флуктуации потенциала на дне валентной зоны уменьшаются, концентрация и подвижность в образце определяются в основном дырками на мелких примесных уровнях с энергией активации EA1 = 0.01 эВ и двухзарядными структурными дефектами с энергией активации EA2 = 0.03 эВ и EA3 = 0.07 эВ, концентрация которых на порядок меньше мелких примесных уровней (NA2 = 1016 см-3).

Таким образом, теллур, как легирующая примесь в Рис. 1. Зависимости коэффициента Холла от обратной темнебольших количествах, приводит к улучшению свойств пературы в твердых растворах Ga1-X InXAsY Sb1-Y c X = 0.22.

твердых растворов Ga1-XInX AsY Sb1-Y с X = 0.22 и при Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 1;

a — образцы p-типа при T 77 K, b — образцы n-типа.

Данные, соответствующие p-типу проводимости, обозначены светлыми значками, n-типу — черными.

При слабом легировании теллуром L (XTe < 1.75 · 10-5 ат%) наблюдалась некоторая неоднородность материала, но всегда получались образцы p-типа проводимости как при T = 77 K, так и при T 300 K с низкой концентрацией и высокой подвижностью дырок (см. табл. 1, образцы 2 и 3).

Температурная зависимость коэффициента Холла (рис. 1, a, образцы 2 и 3) определялась тремя энергетическими уровнями: мелким примесным уровнем EA1 < 0.01 эВ (при T < 120 K), связанным с неконтролируемыми примесями, и более глубокими уровнями EA2 = 0.03 эВ и EA3 = 0.07 эВ, которые можно приписать структурному дефекту (VGaGaSb)++, присущему GaSb и твердым растворам, близким по составу к GaSb. Температурная зависимость подвижности в этих образцах (рис. 2, образцы 2 и 3) характерна для перехода к рассеянию на ионах примеси µI при T < 100 K, а Рис. 2. Холловская подвижность в зависимости от температупри более высоких температурах — на колебаниях ры в твердых растворах Ga1-X InXAsY Sb1-Y с X = 0.22. Номера решетки µL. Полагая экспериментальные значения кривых соответствуют номерам образцов в табл. 1. Данные, подвижности при T 77 K µ77 = µI и сопоставляя их соответствующие p-типу проводимости, обозначены светлыми t с теоретическими значениями µI [6], можно оценить значками, n-типу — черными.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 920 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев Таблица 2. Характеристики исследованных образцов твердых растворов Ga1-X InXAsY Sb1-Y с X = 0.T = 300 K T = 77 K № L XTe, ат% Тип, n, p, µ, Тип, n, p, µ, образца проводимости Ом-1 · см-1 1017 см-3 см2/(В · с) проводимости Ом-1 · см-1 1017 см-3 см2/(В · с) 9 – p 140 14 550 p 190 4 10 9.9 · 10-5 p 200 23 540 p 205 4.8 11 1.98 · 10-4 n 950 30 2000 p 420 1.8 12 1.3 · 10-2 n 550 13 2660 n 327 7.4 13 3.4 · 10-2 n 1400 43 2000 n 1430 26 L Примечание. XTe — концентрация примеси Te в расплаве.

сохранении дырочного типа проводимости позволяет значительнее, чем больше амплитуда неоднородностей в создать материал с высокой подвижностью дырок и образце.

малым числом структурных дефектов.

Приеще более высокомуровне легирования теллуром L При легировании теллуром в больших количествах (XTe = 2.2 · 10-4 ат%) концентрация электронов возL (XTe > 2 · 10-5 ат%) начинается перекомпенсация прирастает, степень компенсации уменьшается, потенциальмесей в твердом растворе. Как видно из табл. 1, при соный рельеф сглаживается. Коэффициент Холла отражает L держании теллура XTe = 2.2 · 10-5 ат% в образце 4 при концентрацию электронов в зоне проводимости. Как T = 77 K еще сохраняется дырочный тип проводимости, видно из табл. 1 (образцы 6 и 7), твердый раствор но с очень низкой подвижностью, а при T = 300 K тверкак при T = 77 K так и T = 300 K всегда имеет дый раствор начинает проявлять электронные свойства.

n-тип проводимости и обладает высокой подвижностью.

L При XTe = 1.09 · 10-4 ат% (образец 5) материал станоНа температурной зависимости коэффициента Холла вится n-типа и при T = 77 K, и при T = 300 K. При этом (рис. 1, b, образцы 6 и 7) наблюдается уменьшение R подвижность электронов при T = 77 K очень низкая, что при T > 250 K, указывающее на наличие донорного может быть связано с сильной компенсацией материала уровня с энергией активации ED = 0.05 эВ. Такой дои наличием скоплений примесей. На температурных занорный уровень наблюдался ранее в твердых растворах висимостях R(T) и µ(T ) (рис. 1, b; 2, кривые 5) наблюдаn-Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X = 0.10) при низких концентрается резкий рост коэффициента Холла и подвижности с циях электронов [2], природа которого остается неясной.

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.