WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

повышением температуры и появление максимумов при Зависимость подвижности от температуры (рис. 2, T 200 K. Такое поведение зависимостей R(T ) и µ(T ) образец 6) характерна для рассеяния на ионах примеси характерно для перехода к проводимости по примеспри T < 200 K и на колебаниях решетки при более высоной зоне при низких температурах. Аномально низкие ких температурах. Из сопоставления экспериментальной значения коэффициента Холла R и подвижности µ при подвижности при T = 77 K с теорией [6] в образцах 6 итемпературе жидкого азота можно объяснить сильной была оценена степень компенсации примесей K = 0.2.

компенсацией материала, когда распределение примесей При очень высоком уровне легирования теллуром становится существенно неоднородным, что приводит L (XTe = 6.9 · 10-2 ат%, образец 8) можно получить к искажению дна зоны проводимости и появлению концентрацию электронов выше 1019 см-3. При этом, „хвоста“ плотности состояний в запрещенной зоне [5].

как видно из табл. 1, коэффициент Холла остается пракЭлектроны локализуются в наиболее глубоких местах тически постоянным во всем интервале температур от потенциального рельефа, окруженных высокими потен77 до 300 K, что характерно для сильного вырождения.

циальными горбами. Коэффициент Холла определяется Уровень Ферми составляет EF = 50 мэВ при T 0.

средней по объему концентрацией n [7]. Проводимость Следует отметить, что в твердых растворах в неоднородном образце определяется концентрацией на n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y с X = 0.22, в отличие от n-GaSb уровне протекания, которая при сильной компенсации и n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y с X = 0.10, ни при каких активационно зависит от температуры концентрациях не наблюдается возрастание коэффициEP - EF ента Холла с ростом температуры, что указывает на nc exp -, kT отсутствие второй подзоны проводимости типа (111), близко расположенной над минимумом (000) [6] где EP — энергия на уровне протекания, EF —энергия (111) (000) (Ec - Ec 0.08 эВ для GaSb).

на уровне Ферми [8]. Эффективная холловская подвижТаким образом, используя теллур в качестве легируность в неоднородном материале µ = R не отражает поведения истинной (дрейфовой) подвижности, а отли- ющей примеси в твердых растворах Ga1-XInXAsY Sb1-Y чается от нее на множитель nc/n < 1, резко падающий с X = 0.22, имеется возможность при слабом легиL с понижением температуры. Очевидно, отличие холлов- ровании теллуром (XTe 1.75 · 10-5 ат%) „залечить“ ской измеренной подвижности от дрейфовой будет тем существующие дефекты и получить материал p-типа с Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние примеси теллура на свойства твердых растворов Ga1-XInX AsY Sb1-Y (X > 0.22) низкой концентрацией и высокой подвижностью дырок p77 4 · 1016 см-3, µ77 = 3600 см2/(В · с), а при сильном L легировании теллуром (XTe > 2 · 10-4 ат%) получить материал n-типа в широком интервале концентраций от 1017 до 1019 см-3 с высокой подвижностью электронов.

3.2. Легированные теллуром образцы с содержанием индия X = 0.Характеристики исследованных образцов даны в табл. 2. Температурные зависимости коэффициента Холла и подвижности представлены на рис. 3 и 4.

Исходные нелегированные образцы твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X = 0.24) были p-типа проводимости при T = 77 и 300 K и имели более высокие концентрации и подвижности дырок (образец 9, табл. 2), чем в твердых растворах с X = 0.22 (образец 1, табл. 1).

Высокие подвижности дырок при T = 77 и 300 K свидеРис. 4. Холловская подвижность в зависимости от температутельствовали о слабой компенсации примесей (K 0.1) ры в твердых растворах Ga1-X InXAsY Sb1-Y с X = 0.24. Номера и об отсутствии скоплений примесей. Перекомпенсация кривых соответствуют номерам образцов в табл. 2.

этого материала происходила при большем содержании теллура. В частности, при содержании теллура в жидкой L фазе XTe = 9.9 · 10-5 ат% (образец 10) материал практически не изменялся, оставался p-типа при T = 77 и 300 K, в отличие от образца 5 с X = 0.22 при таком же уровне легирования теллуром.

3/Рис. 5. Зависимость RT от обратной температуры для образца 11 при T > 250 K.

Из рис. 3, a видно, что в нелегированном образце 9 и в слабо легированном образце 10 на температурной зависимости коэффициента Холла проявляются наклоны, характерные для образцов p-типа с энергией активации 0.02 эВ. Подвижность в этих образцах (рис. 4) уменьшается с ростом температуры и определяется рассеянием на ионах примеси и колебаниях решетки. Высокие значения подвижности при T = 77 K свидетельствуют о низкой степени компенсации примесей в этих образцах (K = ND/NA < 0.1).

При легировании теллуром в количестве XTe = 1.98 · 10-4 ат% (образец 11) начинается перекомпенсация материала: на температурной зависимости коРис. 3. Зависимости коэффициента Холла от обратной темэффициента Холла (рис. 3, a) при T = 100 K происходит пературы в твердых растворах Ga1-X InXAsY Sb1-Y с X = 0.24.

инверсия типа проводимости, характерная для перехода Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 2;

3/к собственной проводимости. Зависимости RT от a — образцы p-типа при T 77 K, b — образцы n-типа.

обратной температуры при T > 250 K экспоненциальна Данные, соответствующие p-типу проводимости, обозначены светлыми значками, n-типу — черными. (рис. 5). Энергия активации, вычисленная из экспоненциФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 922 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев альной зависимости, соответствует ширине запрещенной зоны Eg = 0.42 эВ, что находится в хорошем согласии с рассчитанными значениями [1]. Этот результат подтверждает отсутствие флуктуаций дна зоны проводимости и валентной зоны, в отличие от образца 1 с меньшим содержанием индия в твердом растворе.

В образцах 12 и 13 с содержанием теллура L L XTe = 1.3 · 10-2 ат% и XTe = 3.4 · 10-2 ат% наблюдается полная перекомпенсация материала. На температурной зависимости коэффициента Холла (рис. 3, b) в этих образцах, так же как и в образцах n-типа с меньшим содержанием индия в твердом растворе (образцы 7 и 8) при T > 200 K, наблюдаются наклоны с энергией активации ED = 0.05 эВ. Зависимость подвижности электронов от температуры (рис. 4, образец 13) характерна для вырожденного материала при рассеянии на примесях и колебаниях решетки. Подвижность электронов при T = 77 K позволяет оценить степень компенсации мелких примесей K = 0.1.

Таким образом, в твердых растворах Ga1-XInXAsY Sb1-Y с X = 0.24, в которых отсутствуют флуктуации валентной зоны и зоны проводимости, теллур действует как обычная донорная примесь, компенсирующая дырки, и позволяет получить материал n-типа в широком интервале концентраций.

4. Электролюминесценция гетероструктур n-Ga1-XInXAsYSb1-Y/p-GaSb (X = 0.22 и X = 0.24) Изучались спектры электролюминесценции гетероструктур n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y /p-GaSb (X = 0.22 и X = 0.24), излучающих в области спектра 2-2.5мкм, при T = 77 K и T = 300 K. Эпитаксиальные слои nGaInAsSb : Te выращивались из содержащего свинец раствора–расплава при различном уровне легирования Рис. 6. Спектральные зависимости электролюминесценции теллуром. Исследовалась возможность создания светосветодиодов на основе n-Ga1-X InXAsY Sb1-Y /p-GaSb с X = 0.диодов на их основе.

(рис. a и b) и X = 0.24 (рис. c). Температура измерений T, K:

L Изготовление образцов осуществлялось на основе a — 300, b, c — 77. XTe, ат%: 1 —2.2 · 10-4, 2–4 —1.9 · 10-2.

твердых растворов n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y : Te, выращенных на подложке p-GaSb (100) с концентрацией дырок p = 1017 см-3 без буферного слоя. Образец представпри T = 77 K составляла n = 1.2 · 1017 см-3 (образец 6, лял собой мезу со сплошным контактом к p-GaSb и табл. 1) и n = 4.0 · 1018 см-3 (образец 7, табл. 1). На точечным контактом к слою n-GaInAsSb. Спектральные спектрах виден ряд максимумов, относящихся к рекомхарактеристики светодиодов были получены на монобинациям, связанным как с переходами между зонами, хроматоре МДР-2 с использованием схемы синхронного так и с проявлением различных уровней.

детектирования. Измерения осуществлялись в квазинеПроанализируем сначала спектры излучения светопрерывном режиме при подаче на p-n-переход питания диодов, созданных на основе материала с X = 0.импульсами типа меандр с частотой следования 400 Гц.

Спектры наиболее интенсивных сигналов излуча- (рис. 6, a и b). На рис. 6, a при T = 300 K приветельной рекомбинации были получены для образ- дены спектры для двух образцов с разной степенью L цов, выращенных при содержании теллура в распла- легирования теллуром: XTe = 2.2 · 10-4 ат% (кривая 1) L L ве XTe (2 · 10-4-2 · 10-2) ат% (рис. 6, a–c). Согласно и XTe = 1.9 · 10-2 ат% (кривая 2). Пики излучения при выше изложенным данным, полученным из эффекта длине волны = 2.35 мкм (Eg = 0.525 эВ, кривая 1) Холла, концентрация свободных электронов в слое и = 2.24 мкм (Eg = 0.55 эВ, кривая 2) можно свяФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние примеси теллура на свойства твердых растворов Ga1-XInX AsY Sb1-Y (X > 0.22) зать с межзонной рекомбинацией свободных носите- растворов n-типа, и показали возможность создания лей. Причем сдвиг максимума на кривой 2 объяс- светодиодов на основе этих материалов.

няется более высоким положением уровня Ферми в зоне проводимости из-за более высокой степени ле5. Заключение гирования теллуром. В менее легированном образце (кривая 1) при = 2.5 мкм наблюдается пик, свяВ работе впервые проведено исследование влиязанный с рекомбинационным уровнем EA2 = 0.035 эВ.

ния примеси теллура на электрофизические свойства По-видимому, это первое зарядовое состояние, обутвердых растворов Ga1-XInX AsY Sb1-Y /p-GaSb (X = 0.словленное природным структурным дефектом VGaGaSb, и X = 0.24), выращенных из содержащих свинец отчетливо проявившимся в температурной зависимости растворов–расплавов, а также исследование спектров коэффициента Холла на материале p-типа. На криэлектролюминесценции гетероструктур на основе этих вой 2 просматривается центр с энергией ионизации твердых растворов. Проведенные исследования позволяEA3 = 0.07 эВ. Это второе зарядовое состояние того же ют сделать следующие выводы.

акцептора. Первое зарядовое состояние EA2 = 0.035 эВ на кривой не проявляется. Вероятно, с введением тел- 1. Нелегированный теллуром твердый раствор L Ga1-XInX AsY Sb1-Y с X = 0.22 (Eg = 0.5эВ) лура порядка XTe = 2 · 10-2 ат% изменяется зарядовое представляет собой компенсированный неоднородный состояние двухзарядного акцептора и первый уровень материал p-типа с низкими концентрацией и исчезает. Такой эффект наблюдался в работе [9] при подвижностью дырок при T = 77 K: p77 = 2 · 1016 см-3, легировании теллуром GaSb. При температуре жидкого µ77 200 см2/(В · с). При слабом легировании теллуром азота для этого же образца (рис. 6, b) в соответствии L с максмумом излучательной рекомбинации, наблюдаю- (XTe 1.75 · 10-5 ат%) происходит „залечивание“ дефектов и появляется возможность получения слабо щимся при = 1.99 мкм, ширина запрещенной зоны компенсированного материала p-типа с низкой Eg = 0.62 эВ. За сигнал при = 2.04 мкм, наблюдаемый концентрацией и высокой подвижностью дырок на этой же кривой, может быть ответствен донорный p77 5 · 1016 см-3, µ77 3500 см2/(В · с), содержащего уровень ED1 = 0.01-0.012 эВ, который был обнаружен малое число структурных дефектов.

в работе [9], за сигнал при = 2.18 мкм — уровень ED2 = 0.05 эВ. Можно предположить, что при достаточ- 2. В отличие от твердых растворов с X = 0.22, нелено большом (для T = 77 K) токе 200 мА через p-n- гированные твердые растворы с X = 0.24 всегда имеют переход растет инжекция дырок в узкозонную область, более высокую концентрацию и подвижность дырок при акцепторные уровни EA1 и EA2 насыщаются и в реком- T = 77 K: p77 4·1017 см-3, µ77 3000 см2/(В·с), более бинационный процесс вступают донорные центры 0.012 однородны и не содержат больших флуктуаций примесей и 0.05 эВ. Такой же уровень с ED2 = 0.05 эВ наблюдался и дефектов. Поэтому слабое легирование теллуром L на температурной зависимости коэффициента Холла (XTe < 10-4 ат%) твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y (рис. 1 и 3). Возможно участие и мелких акцепторных (X = 0.24) не приводит к заметному изменению свойств центров. материала.

Теперь рассмотрим спектры излучения материала с 3. При легировании теллуром в больших количеL X = 0.24 (рис. 6, c). Образец содержал теллур в расплаве ствах (XTe > 10-4 ат% для состава с X = 0.24 и L L XTe = 1.9 · 10-2 ат%, как и в рассмотренном выше XTe > 2 · 10-4 ат% для состава с X = 0.22) в твертвердом растворе с X = 0.22. Ширина запрещенной дых растворах Ga1-XInX AsY Sb1-Y происходит обычная зоны при T = 77 K составляла 0.6 эВ. На спектраль- перекомпенсация акцепторных уровней и появляется ной зависимости достаточно хорошо заметны два пика возможность получения эпитаксиальных слоев n-типа проводимости в широком интервале концентраций от сигнала при длинах волн больше 2.1 мкм. В отличие n = 1017 см-3 до n = 1019 см-3 с высокой подвижностью от образца с X = 0.22 с такой же концентрацией (кривая 3 на рис. 6, b), здесь проявляются оба зарядовых электронов µ77 4000 см2/(В · с).

состояния двухзарядного примесного акцептора. Это 4. В легированных теллуром твердых растворах свидетельствует о том, что в исходном нелегированном Ga1-XInX AsY Sb1-Y (X = 0.22 и X = 0.24) n-типа, в материале с X = 0.24 общая концентрация акцепторов отличие от n-GaSb, не наблюдается проявления второй была выше, и для полной компенсации акцепторов тре- подзоны проводимости типа (111) вплоть до концентрабуется большая концентрация теллура, что согласуется ций n 1019 см-3, т. е. эти твердые растворы могут с результатами холловских измерений. быть использованы как прямозонные полупроводники в Таким образом, спектры излучательной рекомби- широком интервале концентраций.

нации, полученные при исследовании электролюми- 5. Исследования электролюминесценции гетерострукнесценции гетероструктур n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y /p-GaSb тур n-Ga1-XInXAsY Sb1-Y /p-GaSb (X = 0.22 и X = 0.24) (X = 0.22 и X = 0.24), выявили уровни, идентичные подтверждают результаты, полученные из гальваномагтем, которые обнаружены в результате исследования нитных эффектов, и показывают возможность создания транспортных свойств легированных теллуром твердых светодиодов с длиной волны = 2-2.5мкм.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 924 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев Список литературы [1] Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, Д.А. Васюков, Ю.П. Яковлев. ФТП, 35, 55 (2001).

[2] Т.И. Воронина, Б.Е. Джуртанов, Т.С. Лагунова, Ю.П. Яковлев. ФТП, 25, 283 (1991).

[3] А.Н. Баранов, Т.И. Воронина, А.Н. Дахно, Б.Е. Джуртанов, Т.С. Лагунова, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев. ФТП, 24, 1072 (1990).

[4] А.Н. Баранов, Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, И.Н. Тимченко, З.И. Чугуева, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев. ФТП, 23, (1989).

Pages:     | 1 || 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.