WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 8 Роль свинца при выращивании твердых растворов Ga1-XInXAsYSb1-Y методом жидкофазной эпитаксии © Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, Д.А. Васюков, Ю.П. Яковлев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 27 декабря 2000 г. Принята к печати 15 февраля 2001 г.) Впервые проведено исследование электрофизических свойств твердых растворов Ga1-X InX AsY Sb1-Y (X = 0.14-0.27), выращенных из содержащих свинец растворов–расплавов. Установлено существование трех акцепторных уровней: мелкого уровня с энергией активацией EA1 0.008-0.015 эВ и двух глубоких EA2 0.024-0.033 эВ и EA3 0.07 эВ. Показано, что использование свинца позволяет получить нелегированные твердые растворы с малым числом дефектов и примесей и высокой подвижностью.

1. Введение GaSb с точки зрения снижения концентраций структурных дефектов и носителей тока в эпитаксиальных слоях.

В работе [1] сообщалось об использовании свинца в Настоящая работа является продолжением начатых качестве нейтрального растворителя при выращивании ранее исследований по получению твердых растворов эпитаксиальных слоев антимонида галлия методом жидGa1-XInX AsY Sb1-Y из содержащих свинец растворов– кофазной эпитаксии (ЖФЭ). Было показано, что свинец расплавов [4,5] и посвящена исследованию электрофизипозволяет понизить температуру ликвидуса системы, ческих свойств таких твердых растворов, а также изучеизменить соотношение атомных долей сурьмы и галлия нию кинетики изменения концентрации и подвижности в растворе–расплаве и уменьшить на 2 порядка конносителей тока и концентрации структурных дефектов в центрацию природных структурных дефектов, присущих зависимости от условий выращивания, а также в выявлеGaSb. При этом с ростом приведенной концентрации нии возможности получения узкозонных твердых раство сурьмы в жидкой фазе XSb (XSb = XSb/(XSb + XGa), ров (Eg 0.4эВ) с высокой подвижностью носителей где Xi — атомная доля компонента i в жидкой фазе), тока и с минимальным числом структурных дефектов.

концентрация дырок в GaSb уменьшалась, достигая ми нимума в области XSb = 0.76-0.8. При дальнейшем 2. Получение увеличении в жидкой фазе величины XSb в эпитаксиэкспериментальных образцов альных слоях появлялись новые дефекты, природа которых пока не ясна. Подвижность основных носителей Эпитаксиальные слои твердых растворов была максимальна при XSb = 0.6 и резко падала при Ga1-XInX AsY Sb1-Y выращивались методом ЖФЭ при XSb = 0.76-0.8. Таким образом, использование свинца охлаждении содержащих свинец растворов–расплавов при выращивании эпитаксиальных слоев GaSb позволило со скоростью 0.6 град/мин. В качестве подложек испольполучить материал с низкой концентрацией носителей зовались монокристаллические пластины GaSb (100) тока вплоть до p(77) = NA - ND = 1013 см-3 при n- и p-типа проводимости. В качестве компонентов T = 77 K и с высокой степенью компенсации, который шихты были выбраны бинарные соединения GaSb, нашел широкое применение в качестве изолирующего InAs, а также In чистотой 99.999 мас%, Sb чистотой слоя в технологической практике.

99.999 мас%, Pb чистотой 99.9999 мас%. Методика В работах [2,3] было показано, что основные получения эпитаксиальных слоев заключалась в следуюсвойства изопериодных с GaSb твердых растворов щем. По термодинамическому методу, предложенному в Ga1-XInXAsY Sb1-Y (X 0.22, Y 0.18), полученных работе [6], для гетерогенной системы Ga–In–As–Sb–Pb, без свинца, во многом аналогичны свойствам GaSb.

Нелегированные слои твердых растворов, как и эпитак- производился расчет равновесных значений мольных долей компонентов в сосуществующих сиальные слои GaSb всегда имели p-тип проводимости.

Концентрация дырок определялась мелкими неконтроли- жидкой и твердой (изопериодной к GaSb) фазах руемыми примесями, содержащимися в исходных ком- при фиксированном значении температуры (T ) и переохлаждения (T). Первоначально на подложке понентах, с энергией активации EA1 = 0.008-0.014 эВ n-GaSb из свинцовых растворов–расплавов выращивался и двухзарядным акцепторным комплексом VGaGaSb с энергией активации EA2 = 0.035 эВ и EA3 = 0.07 эВ. буферный слой p-GaSb с низкой концентрацией Концентрация глубоких акцепторов NA2 уменьшалась с носителей и высоким удельным сопротивлением ростом величины X в твердом растворе. (p = 6 · 1014 см-3 при T = 77 K, 400 Ом · см).

По аналогии с антимонидом галлия, полученным из Толщина буферного слоя составляла 4-5мкм.

свинцовых растворов–расплавов, представляется инте- Затем на основе данных теоретического расчета ресным исследовать роль свинца при выращивании че- при T = 560C и переохлаждении T = (3-8)C тверных твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y на основе на буферном слое p-GaSb из содержащих свинец 942 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, Д.А. Васюков, Ю.П. Яковлев Таблица 1. Зависимость состава и ширины запрещенной зоны твердых растворов GaInAsSb от содержания свинца в жидкой фазе Состав твердого раствора Ga1-X InXAsY Sb1-Y, атомные доли Ширина запрещенной зоны Eg, эВ Содержание Pb в жидкой фазе, Расчет Эксперимент T = 300 K T = 77 K атомные доли X Y X Y 0.2360 0.0947 0.0800 0.148 0.129 0.51 0.0.1951 0.1155 0.0977 0.168 0.138 0.49 0.0.1534 0.1417 0.1200 0.205 0.192 0.45 0.0.1506 0.1437 0.1217 0.210 0.160 0.44 0.0.1374 0.1534 0.1300 0.223 0.175 0.43 0.0.1229 0.1651 0.1400 0.247 0.223 0.41 0.0.1096 0.1768 0.1500 0.267 0.206 0.39 0.0.0394 0.2697 0.2300 0.194 0.148 0.46 0.растворов–расплавов выращивался эпитаксиальный без использования свинца не было получено пригодных слой твердого раствора Ga1-XInXAsY Sb1-Y. Величина для создания оптоэлектронных приборов эпитаксиальрассогласования параметров решеток эпитаксиального ных слоев толщиной более 1 мкм с содержанием индия слоя и подложки a/a измерялась методом двухкри- X > 0.22. В данной работе использование свинца позвостальной рентгеновской дифрактометрии с помощью лило получить эпитаксиальные слои твердых растворов дифрактометра ТРС-1. Химический состав полученных Ga1-XInX AsY Sb1-Y, где X 0.27 (Eg 0.4эВ), см.

твердых растворов определялся методом количе- табл. 1, толщиной 1.5-2мкм.

ственного рентгеноспектрального анализа с помощью рентгеновского микроанализатора JXA-5 CAMEBAX.

3. Экспериментальные результаты В результате проведенных экспериментов при и обсуждение T =(560 ± 3)C, T =(3-8)C и различном содержании свинца в жидкой фазе были получены изопериодные Образцы для измерения гальваномагнитных эффектов с подложкой GaSb (100) эпитаксиальные слои твердых вырезались прямоугольной формы. Со стороны эпитакрастворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y, где X = 0.14-0.27, сиального слоя твердого раствора наносились 6 индиY = 0.12-0.22. Скорость роста, вычисленная как евых контактов, на которых измерялись электропроотношение толщины слоя ко времени роста, составляла водность, коэффициент Холла R, подвижность µ и 0.3-1.0 мкм/мин. Данные значения выше скорости роста магнитосопротивление / в интервале температур эпитаксиальных слоев такого же состава, полученных 77-300 K. Характеристики измеренных образцов привепри T = 560C из индиевых растворов–расплавов без дены в табл. 2.

использования свинца. Согласно данным рентгеноспекКак видно из табл. 2, знак эдс Холла при T = 77 K трального анализа, свинец не был обнаружен в твердой во всех образцах (кроме № 8) указывал на p-тип фазе ни в одном из образцов, хотя содержался в жидкой фазе на уровне 0.039-0.236 атомных долей.

Состав твердой фазы, а также рассчитанные при помощи полуэмпирической формулы из работы [7] значения ширины запрещенной зоны Eg полученных твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y представлены в табл. 1. Как можно видеть из табл. 1, экспериментальная зависимость содержания индия в твердой фазе от содержания свинца в жидкой фазе имеет ярко выраженный экстремум: при увеличении содержания свинца до 0.11 атомных долей содержание индия в твердом растворе возрастает до X = 0.27. Однако при дальнейшем возрастании содержания свинца в жидкой фазе содержание индия в твердой фазе падает. Такой ход зависимости подтверждает результаты теоретических расчетов [4,5], показывающих, что для данной системы концентрации компонентов в твердой фазе также проходят через экстремум, хотя и при других значениях X и Y. Ранее при выращивании изопериодных с GaSb (100) эпитаксиальных слоев Рис. 1. Концентрация дырок p при T = 77 K в зависимости от приведенной концентрации сурьмы XSb = XSb/(XSb + XGa).

твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y методом ЖФЭ Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Роль свинца при выращивании твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y... Таблица 2. Характеристики исследованных образцов Содержа- T = 300 K T = 77 K № ние In (X), Тип EA1, EA2, EA3, NA1, NA2, ND, образXSb Тип n, p, µ, n, p, µ, атомные проводи- проводиэВ 1017 см-3 1017 см-3 1016 см-ца 1017 см-3 см2/(В · с) 1017 см-3 см2/(В · с) доли мости мости 1 0.120 0.777 p 4 500 p 1 1200 0.008, A1 2 1.4 0.033, A2 0.148 0.820 p 7 560 p 1.5 2200 0.008, A1 2.8 1.2 0.033, A0.07, A3 0.173 0.838 p 12 560 p 3 2300 0.01, A1 4.2 3 0.025, A4 0.210 0.862 p 30 80 p 0.46 380 0.01, A1 2.3 0.5 0.027, A5 0.223 0.858 n 0.3 2700 p 0.22 200 0.01, A1 4.3 0.13 0.028, A6 0.247 0.869 p 14 600 p 4 2700 0.008, A1 4.5 0.5 0.024, A7 0.267 0.873 p 5.6 530 p 0.18 570 0.01, A1 0.48 0.2 0.0.027, A8 0.223 0.858 n 3 3900 n 1 4000 – – – – 9 0.247 0.869 n 30 2000 p 1.5 1400 – – – – Примечание. — образцы, легированные теллуром; XSb = XSb/(XSb + XGa); A1, A2, A3 — обозначения уровней акцепторов.

проводимости. Зависимость концентрации дырок при На рис. 2 представлены зависимости концентрации T = 77 K от содержания сурьмы в жидкой фазе дырок от содержания индия в твердом растворе, вы XSb = XSb/(XGa + XSb) представлена на рис. 1. Как и ращенном в присутствии свинца (кривая 1) в сопостав GaSb(Pb) [1], наблюдается резкое уменьшение кон- влении с твердыми растворами, выращенными при тех центрации дырок с ростом XSb, достигая минимума при же температурах, из таких же исходных компонентов, XSb 0.86, что соответствует более высокому содержа- но без свинца (кривая 2). Видно, что если твердый нию сурьмы в жидкой фазе, чем в случае GaSb(Pb), где раствор был получен без свинца, минимум концентрации минимум наблюдался при XSb = 0.76-0.8. дырок наблюдался при содержании индия около 0.15, а выше X = 0.22 уже невозможно было получить твердый раствор, то при наличии свинца в растворе– расплаве минимум концентрации дырок наблюдается при содержании индия 0.22. Интересно, что при X = 0.концентрация дырок снова падает. Во всех случаях при T = 77 K низким концентрациям дырок соответствуют и низкие подвижности (см. табл. 2).

Температурные зависимости коэффициента Холла, подвижности и магнитосопротивления в твердых растворах различного состава позволяют изучить энергетический спектр примесей и механизм рассеяния носителей тока и выявить роль свинца в изменении концентрации и характера распределения дырок и структурных дефектов при различном содержании индия в твердом растворе.

3.1. Энергетический спектр примесей Рис. 2. Концентрация дырок p при T = 77 K в зависимости от На рис. 3 представлены зависимости коэффициента содержания индия X в твердом растворе GaInAsSb; твердый Холла от обратной температуры для образцов, предраствор выращен: 1 — с использованием свинца, 2 — без ставленных в табл. 2. В образцах с высокой поиспользования свинца.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 944 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, Д.А. Васюков, Ю.П. Яковлев Рис. 3. Температурные зависимости коэффициента Холла R для образцов с различным содержанием индия X в твердом растворе GaInAsSb; a — образцы с высокой подвижностью при T = 77 K, b — образцы с низкой подвижностью при T = 77 K. Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 2.

движностью при T = 77 K (рис. 3, a) и с содержа- 3.2. Механизм рассеяния носителей тока нием индия X = 0.12-0.17 (образцы 1–3), а такПодвижность µ и магнитосопротивление / — же в образце с содержанием индия 0.247 (образец 6) эффекты, чувствительные к механизму рассеяния носинаблюдаются мелкие акцепторные уровни с энергиями телей тока, а также к характеру и виду рассеивающих активации EA1 = 0.008-0.01 эВ, определяемые неконцентров. На рис. 4 представлены температурные зависитролируемыми примесями, входящими в исходные коммости подвижности. Как видно на рис. 4, в твердых распоненты твердых растворов, более глубокие акцептортворах Ga1-XInXAsY Sb1-Y c X = 0.14-0.17 и X = 0.ные уровни EA2 = 0.024-0.033 эВ и EA3 = 0.07 эВ, (образцы 1–3 и 6), в которых при T = 77 K наблюопределяемые так же, как и в GaSb, двухзарядным даются высокие значения подвижности (см. табл. 2), структурным дефектом VGaGaSb. В образцах с низпри T > 150 K подвижность падает с температурой по кой концентрацией и подвижностью дырок (рис. 3, b) -закону, близкому к µ T, что характерно для решес содержанием индия 0.21-0.22 (образцы 4 и 5) и точного рассеяния в полупроводниках AIIIBV p-типа [9].

Pages:     || 2 |



© 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.