WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

о том, что в растворе-расплаве при добавлении РЗЭ 7 — легирование жидкой фазы только Dy.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 926 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт цы видно, что в отличие от совместного легирования донор + РЗЭ, в случае совместного легирования акцептор + РЗЭ, концентрация носителей не только не снижается, а, наоборот, увеличивается. Этот факт свидетельствует о том, что в жидкой фазе РЗЭ практически не вступают в реакцию с Cd и Mg, как в случае с донорами IV группы. Рост концентрации дырок в слоях при совместном легировании акцептор + РЗЭ, по-видимому, обусловлен раскислением акцепторов РЗЭ, что приводит к увеличению их концентрации в жидкой фазе, по реакциям 3MgO + 2Yb = Yb2O3 + 3Mg, Рис. 8. Типичный концентрационный профиль электронов 3CdO + 2Yb = Yb2O3 + 3Cd L в эпитаксиальном слое InGaAs : Dy + Sn, NDy = 0.006 ат%, L и, соответственно, к росту концентрации дырок. Это NSn = 0.001 ат%.

явление полезно использовать при создании контактных слоев в приборных структурах.

Учитывая вышеизложенное, можно заключить, что вании жидкой фазы может изменяться, это приводит к механизм очистки материала при легировании растневоспроизводимости концентрации носителей в слоях вора-расплава РЗЭ происходит за счет взаимодействия от содержания РЗЭ в растворе-расплаве. Для того РЗЭ главным образом с элементами VI группы пучтобы повысить воспроизводимость результатов, нами тем образования высокотемпературных халькогенидных было предложено использовать совместное легирование соединений, которые в жидкой фазе выпадают в шлак РЗЭ + Sn [6], учитывая, что Sn в жидкой фазе практии не входят в твердую фазу, что приводит к снижению чески не вступает в химическую реакцию с РЗЭ. Таким донорного фона на несколько порядков. В случае, когда образом, вводя в жидкую фазу такое количество РЗЭ, концентрация фоновых доноров в слоях становится ниже чтобы заведомо выполнить условие NA > ND, затем концентрации фоновых акцепторов, происходит инвердозированием концентрации Sn в растворе-расплаве сия типа проводимости (рис. 5). При этом концентрация возможно управлять концентрацией электронов в эпиРЗЭ в твердой фазе не превышает 1015 см-3 (рис. 3) таксиальных слоях.

и не приводит к деформации кристаллической решетки Результаты этих исследований приведены на рис. 7, (рис. 4).

где проиллюстрировано управление концентрацией В заключение этого раздела отметим, что, поскольку электронов в слоях InGaAs в пределах от 2 · 1014 см-акцепторный фон в исходных материалах при формиродо 3 · 1017 см-3 при концентрации Dy в растворе-расплаве 0.006 ат% и изменении концентрации Sn в жидкой фазе от 0.001 до 0.4 ат%. Типичный профиль концентрации электронов в эпитаксиальном слое InGaAs(Dy + Sn) приведен на рис. 8.

Такая необходимость управления концентрацией электронов возникает, например, при создании фотоприемных приборов, полевых транзисторов и структур с двумерным электронным газом, которые будут рассмотрены в последующих разделах.

5. Электрические и оптические свойства эпитаксиальных слоев InP и InGaAs(P), легированных РЗЭ Детальный анализ температурной зависимости холловской подвижности электронов в слоях InP и InGaAs(P) рассмотрен нами в [24]. При этом легирование РЗЭ позволяет снизить концентрацию электронов в слоях до 1013 см-3 как в InP, так и в InGaAs.

Рис. 7. Зависимость концентрации ND-NA в эпитаксиальных Подвижность электронов в InGaAs при 300 K достигает слоях InGaAsP от концентрации Sn в жидкой фазе при постоL 1.54 · 104 см2 В-1 с-1, а при 77 K — до 105 см2 В-1 с-1, янной концентрации Dy NDy = 0.006 ат%. Tg — температура роста. а для InP —до 7 · 104-105 см2 В-1 с-1 [6].

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Редкоземельные элементы в технологии соединений AIIIBV и приборов на их основе Рис. 9. Зависимость дрейфовой скорости (vd) электронов от электрического поля (E) для различных составов твердых растворов InGaAsP (300 K).

5.1. Время жизни неосновных носителей формуле заряда vd(E) =I(E)/en0s, где E — электрическое поле, e — заряд электрона, Определение времени жизни неосновных носителей n0 — концентрация электронов, s — поперечное сечение заряда (p) в n0-InGaAs осуществлялось по диффузиобразца, I — ток через образец.

онной составляющей темнового тока обратно смещенНа рис. 9 представлены зависимости vd для твердых ного p-n-перехода, изготовленного на основе этого растворов InGaAsP различных составов. Максимальной материала [27]. Диффузионная составляющая темнового дрейфовой скоростью 2.8 · 107 см/с обладает тройной тока экспериментально определялась из температуртвердый раствор In0.53Ga0.47As, для которого экспериной зависимости обратного тока при малых напряментальная зависимость vd(E) хорошо согласуется с жениях смещения 0.1 В в температурном интерварассчитанной методом Монте-Карло [29]. Полученные ле 300-400 K. Оказалось, что p в слоях InGaAs, высокие значения vd свидетельствуют о высоком сополученных посредством длительного отжига раствовершенстве материала и его эффективной очистке при ра-расплава в атмосфере водорода без РЗЭ, составляиспользовании РЗЭ для легирования растворов-расплало 300 нс и достигало 10 мкс для материала, полувов. Следует отметить также, что полученная зависиченного с использованием РЗЭ. Таким образом, легимость vd для InGaAs выше, чем для GaAs, а следовательрование раствора-расплава РЗЭ позволяет существенно но, полевые приборы на основе InGaAs должны иметь увеличить время жизни неосновных носителей заряболее высокое быстродействие, чем на основе GaAs.

да до 10 мкс в InGaAs (Eg = 0.73 эВ) и InGaAsP (Eg = 0.8эВ). Это, по-видимому, обусловлено тем, что РЗЭ приводят не только к снижению концентрации 5.3. Низкотемпературная краевая мелких фоновых донорных примесей, но и примесей, фотолюминесценция дающих в этих материалах глубокие центры.

Спектры фотолюминесценции InP и InGaAs исследовались при возбуждении гелий-неоновым лазером при 2 K. Низкотемпературная краевая фотолюминес5.2. Дрейфовая скорость электронов ценция позволяет судить о степени чистоты материала. Спектры излучения нелегированных слоев n-InP и Известно, что предельное быстродействие полевых n-InGaAs с n 1016 см-3 состояли из краевой полосы приборов ограничивается не только подвижностью, но 1.415-1.418 эВ для InP и 0.81-0.82 эВ для InGaAs, а и дрейфовой скоростью (vd) носителей заряда. Поэтому также слабой (более чем в 100 раз слабее краевой) припредставлялось интересным установить полевую зави- месной полосы, обусловленной донорно-акцепторной ресимость vd в твердых растворах InGaAsP, получен- комбинацией. Краевая полоса InP имела полуширину ных при легировании растворов-расплавов РЗЭ. Для 6-8 мэВ, а для InGaAs — 8-10 мэВ, которые были определения vd(E) использовалась методика измерения обусловлены рекомбинацией из состояний свободных вольт-амперных характеристик на установке с опто- и связанных экситонов, уширенных за счет влияния электронным стробированием сверхкоротких электриче- хаотического электрического поля фононных примесей ских импульсов с временным разрешением 25 пс [28] (рис. 10). Введение в раствор-расплав относительно и 10 пс [29]. Зависимость vd(E) рассчитывалась по малого количества РЗЭ (не более 0.001 ат%) привоФизика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 928 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт дило к сужению линии нейтрального экситон-донор- При 0.01%-м содержании Gd в расплаве резко возрасного комплекса D0X, доминирующей в спектре, и к тает интенсивность линии A0X, а слабая ступенька X, появлению линии экситона, связанного на нейтральном обусловленная излучением свободного экситона, вырасакцепторе A0X. В относительно слабой длинноволно- тает в линию, превышающую по интенсивности D0X.

вой части спектра происходит возрастание интенсив- При этом увеличивается интегральная интенсивность ности полосы A0e, отвечающей рекомбинации свободных всей экситонной части спектра и полосы A0e. Поэлектронов на мелких акцепторах. При этом происходит следующий рост содержания Gd (0.01-0.03 ат%) вывозрастание подвижности при 77 K до величин, вдвое зывает заметное гашение линий D0X и X при пропревышающих исходные значения (без добавки РЗЭ) должающемся увеличении интенсивности A0e и A0X.

и приближающихся к значениям для весьма чистых Подвижность носителей в таких образцах оказывается образцов. Дальнейшее увеличение уровня легирования уже значительно меньше исходной. Эволюция спектров раствора-расплава РЗЭ (рис. 10) также приводит к люминесценции InP при увеличении концентрации РЗЭ существенным изменениям в спектрах люминесценции. в растворе-расплаве приводит к последовательному получению материала [11]: более чистого, чем исходный нелегированный InP; компенсированного, высокоомного и чистого материала p-типа. Аналогичная эволюция спектров люминесценции имеет место и для InGaAs.

На рис. 10, b приведен типичный спектр люминесценции n-InGaAs с n = 5 · 1014 см-3. Видно, что в спектре доминирует линия экситон-донорного комплекса D0X с полушириной 2.5 мэВ и линии A0X и A0e. Таким образом, спектры фотолюминесценции InP и InGaAs свидетельствуют об очистке материала при легировании раствора-расплава РЗЭ, приводящей к снижению внутреннего хаотического поля заряженных примесных центров, что обусловливает появление тонкой экситонной структуры спектров.

5.4. Спектры фотовозбуждения Измерения спектров фотовозбуждения проводились на субмиллиметровом лазерном магнитоспектрометре высокого разрешения ( 1мкэВ). Источником излучения служил субмиллиметровый лазер на парах CH3OH с оптической накачкой CO2-лазера. Спектры фотопроводимости записывались на фиксированных частотах излучения лазера разверткой магнитного поля (H) при 4.2 K в геометрии Фогта (q H, q — волновой вектор излучения). Для повышения чувствительности спектры регистрировались при дополнительной подсветке из области фундаментального поглощения, интенсивность которой была постоянной [30].

Объектом исследования служили эпитаксиальные слои InP, полученные при легировании раствора-расплава Yb или Gd, концентрация электронов в которых была (0.2-2.0) · 1014 см-3 и подвижность (4-7) · 104 см2 В-1 с-1 при 77 K.

На рис. 11 показан фотоотклик, соответствующий переходу 1s-3d-1, и циклотронный резонанс (CR).

В спектре 1 для образца с содержанием Gd в жидкой фазе 0.001 ат% и времени отжига раствора-расплава 1 ч резонансные линии отсутствуют. В спектрах 2 и 3 удается разрешить три линии, соответствующие возбуждению трех доноров, и линию CR. Ход уровней 1s и 3d-Рис. 10. Спектры низкотемпературной краевой фотолюминесL в магнитном поле показан на вставке по данным расценции: a — InP с различным содержанием NGd, ат%: 1 —0, четов [31], выполненных в приближении эффективной 2 — 0.001, 3 — 0.004, 4 — 0.007, 5 — 0.009, 6 — 0.01, L 7 — 0.02; b —InGaAs с NGd = 0.06 ат%. массы. В расчете использовалось значение эффективной Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Редкоземельные элементы в технологии соединений AIIIBV и приборов на их основе мерным электронным газом на основе InGaAs/InP [32].

Эти структуры создавались последовательным эпитаксиальным наращиванием на полуизолирующей подложке InP : Fe слоев InP с n 1016 см-3 толщиной 1.2 мкм, а затем In0.53Ga0.47As с n = 6 · 1013 см-3 толщиной 2.7 мкм.

В таких структурах при 4.2 K наблюдались осцилляции Шубникова-де-Гааза, а двумерная концентрация, полученная из анализа этих осцилляций, составляла ns = 2.6 · 1013 см-2 и не совпадала с результатами холловских измерений, что свидетельствует о шунтировке двумерного канала. Другим недостатком такой структуры является то, что очень трудно методом LPE получить совершенную гетерограницу InGaAs/InP из-за диссоциации InP при температуре эпитаксии перед наращиванием узкозонного слоя InGaAs.

Для получения совершенной гетерограницы в качестве широкозонного материала использовался твердый раствор In0.88Ga0.12As0.23P0.77, а для исключения шунтировки двумерного канала был введен спейсер [33].

Кроме того, между подложкой InP : Fe и широкозонным слоем твердого раствора (поставщиком электронов) Рис. 11. Спектры фотовозбуждения переходов 1s-3d-1 ицик- для предотвращения диффузии железа из подложки в лотронный резонанс на длине волны = 1.6мкм для образцов канал наращивался буферный слой твердого раствора L с концентраций Gd или Yb в растворе-расплаве NREE, ат%:

InGaAsP (рис. 12, см. вставку). Концентрация электро1 — Gd, 0.001; 2 — Gd, 0.04; 3 — Yb, 0.01. На вставке — поленов в узкозонном In0.53Ga0.47As (толщиной 0.7 мкм), а вая зависимость смещения донорных уровней 3d-1 и уровней также в спейсере (200 ) и буферном слое (0.5 мкм) Ландау N = 0 и N = 1. Стрелки — переходы, наблюдаемые InGaAsP с помощью легирования РЗЭ была снижена при 4.2 K.

до n < 1015 см-3. В широкозонном InGaAsP (поставщик электронов) толщиной 0.2 мкм концентрация электронов была 6 · 1016 см-3. Результаты температурной зависимоэнергии Ридберга Ry = 7.31 мэВ и m = 0.08m0. Хими- сти концентрации и подвижности электронов и магниточеский сдвиг состояния 1s доноров D1-D3, т. е. отличие транспортных измерений такой структуры в сильных энергии основного состояния доноров разной химиче- магнитных полях при 4.2 K представлены на рис. 12, 13.

ской природы, на вставке рис. 11 для наглядности увели- Горизонтальные плато квантового эффекта Холла и чен. Из сопоставления интенсивности линий доноров в соответствующие им участки нулевого сопротивления, спектрах фотовозбуждения 1s 2p+1 [30] и 1s 3d-1 а также совпадение двумерной концентрации, полуможно заключить, что донор D1 —сера, а D2 или D3 — кремний. На рис. 11 в увеличенном масштабе, отдельно, приведена (самая узкая) линия CR, наблюдавшаяся в спектре 3.

Циклотронная масса электронов m = =(0.0806 ± 0.0003)m0 хорошо совпадает со значением m в чистых слоях InP, полученных газофазной эпитаксией. Эффективная подвижность электронов на частоте CR в образце со спектром 3 достигает значения 106 см2 В-1 с-1, что сравнимо с величиной эффективной подвижности электронов в особо чистых слоях GaAs.

Таким образом, спектры фотовозбуждения свидетельствуют об эффективной очистке InP при легировании Рис. 12. Температурная зависимость концентрации и пораствора-расплава РЗЭ.

движности электронов в структуре In0.88Ga0.12As0.23P0.77/ In0.53Ga0.47As с буферным слоем и спейсером, показанной на вставке: 1 —- подложка InP : Fe; 2 —бу5.5. Структуры с двумерным электронным ферный слой n0-InGaAsP (g = 1.06 мкм) n = 6 · 1014 см-3, газом d = 0.5мкм; 3 — буферный слой (поставщик электронов) Разработанная технология получения слоев InP и изо- InGaAsP (g = 1.06 мкм) n = 6 · 1016 см-3, d = 0.1-0.35 мкм;

периодических с ним твердых растворов InGaAsP позво4 — n0-InGaAsP (g = 1.06 мкм) d = 100-300 ; 5 — лила нам впервые методом LPE создать структуры с дву- n0-In0.53Ga0.47As, n = 6 · 1014 см-3, d = 0.7-1мкм.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |



© 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.