WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

содержанием индия 0.267 (образец 7) при температурах При T = 77-150 K экспериментальная подвижность T = 77-100 K также наблюдается мелкий акцепторный µexp определяется рассеянием на ионах примесей µI и уровень EA1 0.01 эВ, а с повышением температуколебаниях решетки µL ры и более глубокий уровень с энергией активацией EA2 0.028 эВ, но при температурах выше 150 K во всех 1/µexp = 1/µI + 1/µL. (1) образцах наблюдается резкое уменьшение коэффициента Холла, что указывает на начало перехода к собственной В образцах с X = 0.22 и X = 0.267 (образцы 4, проводимости. В образце 7 при T = 150 K происходит и 7), в которых при T = 77 K наблюдается низкая смена знака эдс Холла с дырочного на электронный. концентрация и подвижность дырок, температурная заИзмеряя эффект Холла в этом образце до температуры висимость подвижности при T < 150-200 K указыва400 K, можно явно видеть проявление собственной про- ет на существование дополнительного механизма расводимости. Однако зависимость RT3/2 от обратной тем- сеяния помимо ионов примесей и колебаний решетки пературы не экспоненциальна и не позволяет определить (1/µexp = 1/µI + 1/µL + 1/µS). При более высоких темширину запрещенной зоны. Подобную зависимость мож- пературах в этих образцах наблюдается резкое падение но объяснить сильной компенсацией примесей, вслед- подвижности, а в образце 5 при T > 150 K происходит ствие чего возникают флуктуации потенциала и появля- смена типа проводимости с дырочной на электронную ются ”хвосты” плотности состояний в валентной зоне и и рост холловской подвижности с ростом температув зоне проводимости [8]. ры. В обоих случаях и резкое падение подвижности Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Роль свинца при выращивании твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y... от содержания индия в твердом растворе. На рис. видно, что в образцах с содержанием индия в твердом растворе 0.21 (образец 4) наблюдается отрицательное продольное магнитосопротивление (ОМС), а в образцах с содержанием индия 0.267 (образец 7) —положительное продольное магнитосопротивление (ПМС).

Явление ОМС характерно для квантового эффекта слабой локализации [10]. В то же время для полупроводников AIV и AIIIBV p-типа более характерен эффект так называемой квантовой антилокализации — эффект ПМС, который является проявлением сильного спинорбитального рассеяния [11], характерного именно для Рис. 4. Зависимости подвижности от температуры для образцов с различным содержанием индия в твердом растворе.

Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 2.

Рис. 5. Поперечное магнитосопротивление (/) в завидырок, и появление электронной проводимости связано симости от напряженности магнитного поля H при T = 77 K.

с переходом к собственной проводимости (появлением Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 2.

электронов с высокой подвижностью).

Для определения природы рассеивающих центров было исследовано магнитосопротивление. На рис. представлено поперечное магнитосопротивление (I H, где I —направление тока через образец, H — направление магнитного поля) при T = 77 K. Во всех образцах поперечное магнитосопротивление изменяется пропорционально H2 до 10 кЭ. Коэффициент B =(/)/(µH/c)2 в образцах с высокой подвижr ностью (образцы 1 и 3) близок к единице, что согласуется с рассеянием на ионах примеси с участием легких и тяжелых дырок. В образцах с низкой подвижностью (образцы 4 и 7) B > 40, что значительно выше r теоретических значений, рассчитанных на основе теории классического (лоренцовского) магнитосопротивления.

Для всех образцов при T = 77 K было исследовано продольное магнитосопротивление (I H): (/).

При этом в образцах с высокой подвижностью (образцы 1–3 и 5) продольное магнитосопротивление отсутствовало, в то время как во всех образцах с низкой Рис. 6. Продольное магнитосопротивление (/) в завиподвижностью дырок наблюдалось продольное магнито- симости от напряженности магнитного поля H при T = 77 K.

сопротивление, но оно было различным в зависимости Номера кривых соответствуют номерам образцов в табл. 2.

4 Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 946 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, Е.В. Куницына, Я.А. Пархоменко, Д.А. Васюков, Ю.П. Яковлев полупроводников AIV и AIIIBV с дырочной проводимо- GaInAsSb, выращенных без свинца. Если без использостью. Появление эффектов ПМС и ОМС для случая вания свинца твердые растворы с содержанием индия продольного магнитосопротивления (когда отсутствует X 0.15 имели низкую концентрацию и подвижность лоренцовское магнитосопротивление) зависит от соот- дырок и были сильно компенсированы, то в присутствии ношения между частотами спин-орбитального рассеяния свинца выращивается некомпенсированный материал.

и сбоя фазы в конкретном образце, как на рис. 6 при Если при содержании индия X = 0.22 без свинца T = 77 K. При такой интерпретации в случае попереч- наблюдалось много дефектов, вероятно связанных с ного магнитосопротивления в образцах 4 и 7 большие дислокациями несоответствия, то в присутствии свинца значения коэффициента B > 40 (рис. 5) могут быть получается сильно компенсированный материал, аналоr связаны со сложением эффектов квантовой антилокали- гичный материалу с содержанием индия 0.15, полученнозации (ПМС) и лоренцовского магнитосопротивления. му без свинца. Твердые растворы с содержанием индия Существует и иное объяснение наблюдаемых эффек- свыше 0.22 могут быть получены только в присутствии тов в образцах с низкой подвижностью. В частности, свинца в растворе–расплаве. При этом твердые растворы аномально большой коэффициент поперечного магни- с содержанием индия 0.24 представляли хороший некомтосопротивления B и появление продольного положи- пенсированный материал p-типа. При содержании индия r тельного магнитосопротивления (образец 7) могут быть 0.265 в твердых растворах наблюдалось много дефектов связаны со скоплениями примесей, которые выступают в виде больших скоплений.

не как центры рассеяния, а как области, искажающие пути протекания тока и приводящие к занижению подвиж4. Твердые растворы n-типа GaInAsSb ности. Теория эффективной среды [12], созданная для материала с такими скоплениями, определяет подвижность Для создания высокоэффективных быстродействуюи магнитосопротивление следующими формулами:

щих фотодиодов в области длин волн = 2.5-3мкм с низкими обратными токами на основе твердых растворов µ = µ0(1 - 3/2)/(1 - 3/4), (2) Ga1-XInX AsY Sb1-Y в активной области приборов исполь(/) = 0.3 f (µ0H/c)2, (3) зуются эпитаксиальные слои n-типа с шириной запрещенной зоны Eg = 0.4-0.5 эВ. Такие эпитаксиальные где µ0 — подвижность в однородной матрице, f — слои можно было получить путем легирования теллуром доля объема, занятая скоплениями. Используя эксперитвердых растворов с содержанием индия 0.22 и 0.24.

ментальные данные µ и / при T = 77 K и исходя Если в качестве исходных компонентов при выращииз формул (2) и (3), была определена подвижность в вании твердых растворов использовать не p-GaSb, как матрице µ0 = 4500 см2/(В · см) и доля объема f = 0.6, это было описано выше, а n-GaSb : Te с концентрацией занятая неоднородностями.

электронов n = 5 · 1017 см-3, то твердые растворы Сопоставляя значения подвижности µI при T = 77 K, GaInSbAs изменяют тип проводимости с дырочного на определяемой рассеянием на ионах и выделенной из экспериментальной подвижности в соответствии с формулой (1), с теоретическими значениями, вычисленными по формуле Брукса–Херринга:

3/µI = 3.2 · 1015(m0/m)1/22T /NI f (b), (4) где f (b) =ln(1 + b) - b/(b + 1), b = 1.3 · 1014T /p(m/m0), можно определить концентрацию ионизованных примесей NI (принимаем, что в p-GaInAsSb, как и в p-GaSb, эффективная масса дырок m = 0.4m0, диэлектрическая проницаемость = 15.7). Для мелких примесных уровней NI(77) = 2ND + p(77), откуда находим концентрацию доноров ND. Концентрацию мелких акцепторных уровней находим из уравнения нейтральности:

pdepl = NA1 - ND, где pdepl — концентрация дырок, соответствующая истощению мелких уровней. Концентрацию более глубоких акцепторных уровней NA2 находим из изменения концентрации p при более высоких температурах. Значения NA1, NA2, ND даны в табл. 2.

Рис. 7. Зависимости коэффициента Холла от температуры в Полученные результаты можно сравнить с результа- твердых растворах, легированных теллуром. Номера кривых тами, полученными ранее [2,3] для твердых растворов соответствуют номерам образцов в табл. 2.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Роль свинца при выращивании твердых растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y... электронный. Перекомпенсация материала зависит от содержанием индия X = 0.22 позволяет создать маконцентрации дырок в образце (см. табл. 2). При териал n-типа с высокой подвижностью электронов содержании индия в твердом растворе в количестве µ = 4000 см2/(В · с).

0.22 (образец 5), в котором концентрация дырок была 5. Полученные твердые растворы могут быть испольменьше 1017 см-3, происходит полная перекомпенсация зованы для создания высокоэффективных оптоэлектрони материал при T = 77 K становится n-типа с концен- ных приборов (светодиодов, лазеров, фотодиодов) с ратрацией электронов n = 1017 см-3 и с подвижностью бочей длиной волны = 2.4-3мкм.

электронов µ = 4000 см2/(В · с) (см. образец 8 в Авторы выражают благодарность Т.А. Полянской, табл. 2). На температурной зависимости коэффициента Н.А. Чарыкову и Т.Б. Поповой за помощь в работе и Холла (рис. 7, кривая 8) выше 200 K наблюдается обсуждение результатов.

уменьшение коэффициента Холла, связанное, вероятно, с началом перехода к собственной проводимости. При содержании индия в твердом растворе в количестве 0.247, Список литературы в котором концентрация дырок была больше 1017 см-[1] А.Н. Баранов, Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, И.Н. Тимчен(образец 6, табл. 2), при таком же уровне легирования ко, З.И. Чугуева, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев. ФТП, 23, теллуром, как и образца 8, при температуре жидкого 780 (1989).

азота образец частично компенсирован и сохраняет p-тип [2] А.Н. Баранов, А.Н. Дахно, Б.Е. Джуртанов, Т.С. Лагунова, проводимости (образец 9 в табл. 2), но при T = 150 K М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев. ФТП, 24, 98 (1990).

происходит смена знака эдс Холла и переход к соб[3] А.Н. Баранов, Т.И. Воронина, А.Н. Дахно, Б.Е. Джуртанов, ственной проводимости (рис. 7, кривая 9). Из наТ.С. Лагунова, М.А. Сиповская, Ю.П. Яковлев. ФТП, 24, 3/клона зависимости RT от обратной температуры при 1072 (1990).

T > 200 K была определена ширина запрещенной зоны [4] И.А. Андреев, Е.В. Куницына, Ю.В. Соловьев, Н.А. ЧарыEg = 0.42 эВ, что хорошо согласуется с рассчитанным ков, Ю.П. Яковлев. Письма ЖТФ, 25, 77 (1999).

значением (см. табл. 1).

[5] E.A. Kunitsyna, I.A. Andreev, N.A. Charykov, Yu.V. Solovev, Yu.P. Yakovlev. Appl. Surf. Sci., 142, 371 (1999).

[6] А.М. Литвак, Н.А. Чарыков. ЖХФ, 64, 2331 (1990).

5. Заключение [7] T.C. DeWinter, M.A. Pollack, A.K. Strivastava, J.I. Zuskind. J.

Electron. Mater., 4, 729 (1985).

В настоящей работе впервые было проведено иссле[8] Б.И. Шкловский, А.Н. Эфрос. Электронные свойства дование электрофизических свойств твердых растворов легированных полупроводников (М., Наука, 1979).

Ga1-XInXAsY Sb1-Y, выращенных из содержащих свинец [9] D. Kranzer. Phys. St. Sol. (a), 26, 11 (1974).

растворов–расплавов на подложках GaSb (100) с проме- [10] A. Kawabata. J. Phys. Soc. Japan, 42 (2), 628 (1980).

жуточным изолирующим слоем GaSb, также полученным [11] Б.Л. Альтшулер, А.Г. Аронов, А.И. Ларкин, Д.Е. Хмельницкий. ЖЭТФ, 81, 768 (1981).

с использованием свинца. Проведенные исследования [12] M.H. Cohen. Phys. Rev. Lett., 30, 698 (1973).

позволяют сделать следующие выводы.

1. Использование свинца при выращивании твердых Редактор Т.А. Полянская растворов Ga1-XInXAsY Sb1-Y позволило впервые получить эпитаксиальные слои данных твердых растворов The role of lead in growing GaInAsSb solid с содержанием индия в твердой фазе X = 0.24-0.solutions by LPE (Eg = 0.5-0.49 эВ при T = 77 K, см. табл. 1), толщиной 1.5-2 мкм, пригодных для создания оптоэлектронных T.I. Voronina, T.S. Lagunova, E.V. Kunitsyna, приборов, что невозможно было достичь без использоYa.A. Parkhomenko, D.A. Vasukov, Yu.P. Yakovlev вания свинца.

Ioffe Physicotechnical Institute, 2. Нелегированные твердые растворы Russian Academy of Science, Ga1-XInXAsY Sb1-Y с содержанием индия X = 0.194021 St. Petersburg, Russia (Eg = 0.53 эВ при T = 77 K), полученные из содержащих свинец растворов–расплавов, представляют собой

Abstract

Electrical properties of Ga1-X InX AsY Sb1-Y solid soсильно компенсированный материал, аналогичный полуlutions (X = 0.14-0.27) grown by LPE from the lead conченному без использования свинца более широкозонноtaining melts were investigated for the first time. Existence of му материалу с X = 0.15 (Eg = 0.58 эВ при T = 77 K).

three acceptor levels was established: a shallow level with the 3. Нелегированные твердые растворы activation energy EA1 0.008-0.015 eV and two deep levels Ga1-XInXAsY Sb1-Y с содержанием индия X = 0.EA2 0.024-0.035 eV and EA3 0.07 eV. It was shown, that (Eg = 0.5эВ при T = 77 K), полученные с использоthe use of Pb for the GaInAsSb growth made it possible to obtain ванием свинца, имеют малое число дефектов и компенundoped solid solutions with a low density of defects and impurities сирующих примесей и обладают высокой подвижностью and a high mobility of carriers.

дырок µ = 2700 см2/(В · с).

Pages:     | 1 ||



© 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.