WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

3 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 930 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт основе LED GaP, созданных по традиционной технологии, не удается. Как правило, помимо межзонной полосы в спектре наблюдаются дополнительные полосы, связанные с присутствием в материале примесей II и VI групп. Наличие таких полос особенно удобно наблюдать в спектрах низкотемпературной люминесценции, когда соответствующие спектральные линии надежно разрешаются.

На рис. 14, a показан типичный спектр фотолюминесценции слабо легированного GaP n-типа (n0 4 · 1016 см-3) при температуре 2 K. Материал получен с помощью традиционного процесса LPE. Слои n-типа с таким уровнем концентрации обычно используются в качестве активной области GaP-LED. При обсуждении рис. 14 следует иметь в виду, что с понижением температуры ширина запрещенной зоны возрастает.

При 2 K межзонному излучению соответствует полоса с h 2.32 эВ (пик 1 на рис. 14, a). Из рисунка видно, что помимо пика 1 в спектре присутствуют нежелательные примесные пики 2 и 3 со значительной интенсивностью.

Эти пики обусловлены рекомбинацией донорно-акцепРис. 13. Квантовый эффект Холла (a) и осцилляции Шубторных пар, связанных с фоновыми примесями II и никова-де-Гааза (b) для двумерных структур, показанных на VI групп.

рис. 12.

Легирование жидкой фазы иттрием при выращивании активной области позволяет существенно снизить донорный фон. Эффект очистки хорошо иллюстрирует спектр фотолюминесценции GaP, выращенного при введении ченной из анализа осцилляций Шубникова-де-Гааза, с результатами холловских измерений в слабых полях свидетельствуют об отсутствии шунтирования в такой структуре. Величина подвижности при 300 K составляла 1.23 · 104 см2 В-1 с-1, а при 4.2 K—7.3 · 104 см2 В-1 с-(рис. 12), что является, по-видимому, лучшим результатом для структур, полученных методом LPE. Отсутствие зависимости транспортных характеристик от освещения [34] свидетельствует о перспективности применения подобных структур в технологии HEMT.

6. РЗЭ в технологии приборов Разработанная технология получения эпитаксиальных слоев с использованием РЗЭ была применена для создания светоизлучающих диодов на основе GaP, диодов Ганна, фотоприемников на основе InP и InGaAsP и полевых транзисторов различных типов.

6.1. Светоизлучающие диоды на основе GaP Одной из актуальных задач при разработке светоизлучающих диодов (LED) является создание LED с „чисто-зеленым свечением“. Такие LED при комнатной температуре должны излучать свет на длине волны = 555 нм (h 2.23 эВ), отвечающей наибольшей чувствительности человеческого глаза.

Рис. 14. Спектры фотолюминесценции эпитаксиальных слоПри комнатной температуре ширина запрещенной ев GaP (n = 4 · 1016 см-3): a — слой, выращенный без легирозоны GaP весьма близка к желаемой энергии кван- вания раствора-расплава РЗЭ, b и c — легированный иттрием L та h. Однако получить чисто-зеленое излучение на слой (NY = 0.005 ат%).

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Редкоземельные элементы в технологии соединений AIIIBV и приборов на их основе сотовых структур [37] с диаметром контакта 12 мкм, что обеспечивало возможность проведения измерений в непрерывном режиме без дополнительных мер по улучшению теплоотвода. Получена генерация с эффективностью 2.5% в 8-миллиметровом диапазоне длин волн.

Особенностью диодов Ганна из InGaAs является то, что, по сравнению с традиционными на основе n-GaAs и n-InP, частота генерации при тех же толщинах n-слоя оказывается существенно выше, так как пиковая дрейфоРис. 15. Спектр фотолюминесценции эпитаксиального слоя вая скорость электронов в n-InGaAs выше, чем в GaAs p-GaP (p 1018 см-3) сильно легированного одновремени InP [29].

L L но Mg + Y (NMg = 0.05 ат%, NY = 0.005 ат%).

6.3. Фотоприемники Полученные с использованием РЗЭ слои InP и InGaAs L в жидкую фазу иттрия NY = 0.005 ат% (рис. 14, b).

были использованы для создания различных типов фоУровень легирования эпитаксиального слоя приблизитоприемников: фоторезисторов, pin-диодов, лавинных тельно тот же, что и для образца, спектры которого фотодиодов, полевых и биполярных фототранзисторов.

приведены на рис. 14, a. Видно, что в спектре образДля создания фоторезисторов использовались слабо ца, выращенного с добавлением иттрия, преобладает легированные слои InP и InGaAs с уровнем легировакраевая полоса (h = 2.307 эВ при 2 K). Примесные ния ND-NA 1013-1015 см-3, выращенные на полуизополосы оказываются в значительной степени подавленлирующих подложках InP : Fe ( = 107 Ом · см) [38,39].

ными. При 300 K в спектрах фотолюминесценции таких Величина темнового сопротивления фоторезисторов сообразцов наблюдается практически только межзонная ставляла 106-108 Ом для InP и 103-106 Ом для InGaAs.

чисто-зеленая люминесценция с полушириной линии Вольт-амперные характеристики на начальном участке 80 мэВ (рис. 14, c). Заметим, что при 300 K энергия описывались линейной зависимостью j E. По мере ропика h, соответствующего краевой полосе, составляет ста приложенного напряжения при полях E 2 · 103 В/с h = 2.24 эВ.

для InGaAs и E = 104 В/с для InP наблюдалось отклоОднако для получения чисто-зеленого свечения ненение от закона Ома. Характерной особенностью спекдостаточно подавить примесное излучение только в тральных характеристик фоторезисторов на основе InP активной (базовой) области LED. Необходимо также и InGaAs является широкая область спектральной чувподавить примесное излучение из p+-области LED.

ствительности, простирающаяся до ультрафиолетовой Поэтому для обеспечения чисто-зеленой люминесценобласти. Даже на длине волны = 300 нм чувствительции в GaP-LED при формировании p+-области была ность достигала 40 А/В (рис. 16) [38]. Длинноволновая использована методика совместного легирования жид- граница определялась шириной запрещенной зоны матекой фазы магнием и иттрием. На рис. 15 представлен риала. Фоторезисторы на основе InGaAs при расстоянии типичный спектр фотолюминесценции слоя GaP p-типа между контактами 5 мкм имели быстродействие 10-10 с с концентрацией дырок 1018 см-3 при 300 K, получен- и усиление 8-10.

ного по этой методике. Спектр излучения практически Технология получения чистых слоев с использовасостоит из одной полосы с h = 2.234 эВ при 300 K. нием РЗЭ была также использована для реализации Спектры электролюминесценции излучающих p-n- двух вариантов pin-фотодиодов: меза [40] и планарного [41]. На рис. 17 представлены оба варианта. В случае структур, полученные по разработанной методике LPE, на основе GaP были подобны спектрам фотолюминесценции, представленным на рис. 14 и 15, и состояли при 300 K только из одной чисто-зеленой полосы. Таким образом, использование РЗЭ в LPE позволяет достаточно просто реализовать светодиоды на основе GaP с чисто-зеленым свечением ( = 555 нм) [35,36].

6.2. Диоды Ганна на основе InGaAs Разработанная технология получения чистых слоев была использована для создания структур для диодов Ганна на подложках n+-InP ориентации (100) с n = 1018 см-3. Концентрация электронов в активной области InGaAs была 1015-1016 см-3 и их подвижность 9 · 103-104 см2 В-1 с-1. Диоды изготавливались в виде Рис. 16. Спектр фотоответа фоторезистора на основе InP.

3 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 932 А.Т. Гореленок, А.В. Каманин, Н.М. Шмидт толщиной 3-4мкм с n =(2-5) · 1015 см-3. После этого в верхний слой n-InP проводилась диффузия Cd на глубину 1.5-2.0 мкм. С помощью фотолитографии на такой структуре изготавливались мезы диаметром 100 мкм и создавались контакты Au-Te и Au-Zn к n- и p-областям соответственно посредством вакуумного напыления и последующего вжигания при 450C в атмосфере водорода. На вставке к рис. 18 показано схематическое Рис. 17. Схематическое изображение pin-фотодиодов:

a —меза- и b — планарной конструкции. 1 — подлож- изображение ЛФД меза-конструкции. Антиотражающие ка n+-InP : Sn, 2 — нелегированный буферный слой n-InP, и защитные покрытия не наносились.

3 — узкозонный n0-InGaAs(InGaAsP) : РЗЭ (n0 < 1015 см-3) Исследовались спектральная чувствительность диодов с Eg = 0.73 (0.8) эВ, 4 — n-InGaAsP с Eg = 1.0эВ, 5 — при освещении со стороны мезы, темновые токи, лаp-InGaAs(InGaAsP), 6 —SiO2.

винные умножения и вольт-фарадные характеристики.

Исследование вольт-фарадных характеристик показало, что при нулевом смещении емкость составляла 1-2пФ.

С приложением обратного смещения она снижалась меза-конструкции (рис. 17, a) для стабилизации темнодо 0.6 пФ.

вых токов использовалась пассивация полиимидным лаНа рис. 18 приведены зависимости темнового током [41]. Область спектральной чувствительности лежака Id и коэффициента лавинного умножения M от ла в диапазоне 0.92-1.67 мкм. Токовая чувствительность обратного смещения. Лавинное умножение начиналось в интервале 1.3-1.55 мкм составляла 0.5-0.7А/Вт без при U 50 В и при 86 В M достигало 200. Темнопросветляющих покрытий. Плотность темнового тока вой ток при 0.9Uf составлял 10-5 А/см2. Для этого была около 10-7 А/см2 при смещении 1-5 В. При осведиода расстояние от p-n-перехода до гетерограницы щении pin-фотодиодов с приемной площадью диаметром составляло 2 мкм. Спектральная характеристика при 50-100 мкм лазером с длиной волны излучения 1.3 мкм и длительностью светового импульса 25 пс фронты нарастания и спада фотоотклика составляли 50 пс [42].

Ранее было много попыток реализовать лавинные фотодиоды (ЛФД) на основе гетероструктур InGaAsP/InP с темновыми токами и шумами, значительно меньшими, чем у германиевых ЛФД. Наиболее успешным оказалось решение конструкции ЛФД, у которых область лавинного умножения и поглощения света разнесены, т. е. p-n-переход создается в InP-эмиттере на некотором расстоянии от гетерограницы InGaAsP/InP [43]. Формирование p-n-перехода в InP позволило уменьшить темновые токи ЛФД из-за более низких диффузионного, генерационно-рекомбинационного и туннельного токов в InP, чем в InGaAsP(InGaAs) [43,44]. Наименьший темновой ток в таких ЛФД был достигнут в планарной конструкции с защитой места выхода p-n-перехода на поверхность окислом SiO2 и составлял 3 · 10-6 А/смпри 0.9Uf. Наибольшее умножение 5500 было получено в работе [45] на меза-конструкции, при этом темновой ток составлял 8 · 10-5 А/см2 при напряжении пробоя Uf.

Гетероструктуры создавались методом LPE [46].

В качестве подложек использовался n-InP : Sn ориентации (100) с n =(1-2) · 1018 см-3. Расплавы перед эпитаксиальным наращиванием подвергались длительному отжигу (более 20 ч) в атмосфере водорода или легировались Dy. Чистота индия составляла 6N. Это позволило снизить концентрацию носителей в n-InP и InGaAsP до 2 · 1015 см-3. На подложку Рис. 18. Зависимости коэффициента лавинного умножения M n-InP последовательно наращивались вначале буфери темнового тока Id от обратного смещения U. На вставный слой нелегированного n-InP с n =(5-8) · 1015 см-ке — схематическое изображение LED меза-конструкции:

толщиной 2-3 мкм, затем слой нелегированного твер1 — омический контакт Au-Zn, 2 — p-InP : Cd, 3 — n-InP, дого раствора n-InGaAsP (Eg 0.95 эВ) толщиной 4 — n-InGaAsP, 5 — n-InP, 6 — омический контакт Au-Te, 1.5-2.0мкм с n 5 · 1015 см-3 и нелегированного n-InP 7 —подложка n-InP.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Редкоземельные элементы в технологии соединений AIIIBV и приборов на их основе Исследование световых характеристик фототранзисторов показало, что для структур триодного типа с ростом уровня освещенности ток линейно возрастает с ростом напряжения исток-сток (рис. 19, b). Для характеристик пентодного типа наблюдается насыщение тока в широкой области уровней освещенности (рис. 19, c), как и в обычных планарных полевых транзисторах.

Для структур триодного типа с ростом уровня освещенности коэффициент усиления возрастал, достигал максимума и затем уменьшался, а для пентодного типа в широких пределах падающей мощности практически не изменялся. Исследование импульсных характеристик показало, что времена нарастания сильно зависят от интенсивности падающего света, геометрии структур Рис. 19. Вертикальный полевой фототранзистор. a —схема и приложенного напряжения. При больших мощностях конструкции со встроенным затвором: 1 — подложка n-InP, падающего света (10 мВт) времена нарастания и спада 2 — буферный слой InP, 3 — встроенный затвор p+-InGaAs, составляли 10 нс, при мощностях меньше 0.1 мВт 4 — n0-InGaAs : РЗЭ, 5 — n+-InGaAs. Вольт-амперные хавремена нарастания возрастали до 100-200 нс. Спектрарактеристики триодного (b) и пентодного (c) типа. Световая льный диапазон чувствительности находился в интермощность, Вт: 1 —0, 2 —5 · 10-6, 3 —3 · 10-4, 4 —2 · 10-2.

освещении со стороны мезы и при M = 1 имеет типичный для двойных гетероструктур вид с чувствительностью в диапазоне 0.9-1.35 мкм, ограниченного краями собственного поглощения окна InP и узкозонного материала. Максимальная величина чувствительности достигала 0.7 А/Вт для 1.3мкм.

На основе разработанной технологии получения чистых слоев были реализованы вертикальные полевые транзисторы. Работа этих приборов основана на модуляции встроенного потенциального барьера поглощенным светом [47]. На рис. 19, a схематически представлен такой вариант полевого фототранзистора со скрытым затвором. При изготовлении таких структур на подложке n+-InP : Sn вначале наращивался нелегированный буферный слой InP с n 5 · 1016 см-3 толщиной 3 мкм, затем активный слой InGaAs(InP) с n =(1-10) · 1014 см-3 толщиной 4-6 мкм. После этого в активном слое с помощью селективной диффузии цинка в окнах SiO2 размером 5 5 или 10 10 мкм, расстоянием между ними 5 мкм создавался скрытый затвор толщиной 1 мкм. Затем после удаления SiO2 структура заращивалась чистым слоем n0-InGaAs(InP) толщиной 3-4 мкм и контактным слоем n+-InGaAs(InP) толщиной 1 мкм. Контакты к структуре создавались вакуумным напылением металла через маску из эвтектического сплава Au-Ge.

На рис. 19, b, c представлены выходные вольт-амперРис. 20. Биполярный NpN-фототранзистор. a — схема ные характеристики, которые в зависимости от уровмеза-конструкции: 1 —подложка n+-InP, 2 — буферный слой ня легирования n0-InGaAs(InP) и геометрии структуры n-InP, 3 — эмиттер (нелегированный, n 1017 см-3), 4 —собыли триодного (рис. 19, b) или пентодного (рис. 19, c) ставная база p-InGaAsP : РЗЭ + Cd (Eg = 0.8эВ, p = 1018 см-3, типа. Триодные вольт-амперные характеристики обычно толщина 100-200 )+InGaAsP (Eg = 1.1 эВ, 100-200 ), наблюдались, когда суммарная толщина области прост5 — коллектор n-InGaAsP (Eg = 1.1эВ, n 1017 см-3);

ранственного заряда p+-n0-переходов была больше или b — зависимости коэффициента усиления по току от падаравна геометрической ширине канала, а пентодного ющей световой мощности P для различных толщин p-области dp.

типа, когда эта толщина была меньше ширины канала.

Pages:     | 1 | 2 || 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.