WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Свойства легировнных теллуром монокристаллов антимонида галлия, выращенных из нестехиометрического расплава © А.Е. Куницын, А.Г. Мильвидская, М.Г. Мильвидский, В.В. Чалдышев Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Государственный институт редкометаллической промышленности, 109017 Москва, Россия (Получена 27 декабря 1996 г. Принята к печати 17 января 1997 г.) Исследована электрические и люминесцентные свойства легированных теллуром монокристаллов антимонида галлия, выращенных методом Чохральского из расплава, обогащенного галлием. Установлено, что кристаллы обладют проводимостью n-типа и сильно компенсированы. Обнаружено, что концентрация примеси теллура возрастает к концу слитка быстрее, чем концентрация компенсирующих акцепторов. Обсуждаются возможности формирования свойств монокристаллов GaSb путем использовния для выращивания нестехиометрических расплавов и последующей термообработки материала.

Отклонение от стехиометрии при выращивании моно- теллуром монокристаллов GaSb, выращенных методом кристаллов и эпитаксиальных пленок соединений AIIIBV Чохральского.

является эффективным методом управления свойствами Были выращены два легированных теллуром кристалматериала, так как позволяет контролируемо воздейство- ла GaSb, диаметром 60 мм. Один из них (контрольный) вать на величины коэффициентов распределения исполь- был выращен по стандартной технологии с использозуемых легирующих примесей и формировать оптималь- ванием расплава стехиометрического состава. Второй кристалл был выращен из расплава с избытком галный по составу и концентрации ансамбль собственных точечных дефектов. Для антимонида галлия такие эф- лия 1 ат%. Содержание теллура в расплаве в обоих случаях было одинаково. Выращивание производилось в фекты наиболее детально изучались при выращивании кристаллографическом направлении 100 на затравку с слоев методом жидкофазной эпитаксии. Было установлеплотностью дислокаций не выше 2 102 см-2.

но, что электрические параметры эпитаксиальных слоев Исследование электрических параметров проводилось существенно изменяются при переходе от традиционного галлиевого растворителя к растворам-расплавам на осно- методом Ван-дер-Пау при 77 и 300 K на сериях пластин, вырезанных из различных частей слитка. На этих же ве изовалентной примеси Bi (с содержанием Ga и Sb пластинах проводились исследования фотолюминесценв стехиометрической пропорции) [1,2] и к растворамции (ФЛ) при температуре 4.2 K. Для исследования ФЛ расплавам, обогащенным сурьмой [3,4]. В частности, в использовались Ar+-лазер, решеточный монохроматор и пленках GaSb, легированных оловом, наблюдали даже германиевый фотодетектор. Спектры регистрировались с изменение типа проводимости [2].

разрешением не хуже 5 мэВ.

При выращивании монокристаллов GaSb допустимые отклонения состава жидкой фазы от стехиометрии значительно меньше, чем при жидкофазной эпитаксии. Тем не менее и в этом случае возможны изменения свойств выращиваемых кристаллов. В частности, можно ожидать, что при выращивании легированных теллуром монокристаллов величина коэффициента распределения донорной примеси замещения TeSb будет возрастать при обогащении расплава галлием. Это при прочих равных обстоятельствах должно приводить к увеличению концентрации носителей заряда в легированном слитке. На электрические параметры выращиваемого кристалла могут также повлиять обусловленные отклонением от стехиометрии изменения концентраций собственных точечных дефектов решетки. Кроме того, следует учитвать возможность преципитации избыточного компонента [5,6], что также может отразиться на свойствах материала.

Рис. 1. Распределение концентрации свободных электронов по В даннной работе исследовано влияние отклонения от длине легированного теллуром монокристалла GaSb, выращенстехиометрии (избыток галлия в расплаве) на электриного из расплава, обогащенного галлием (1), и контрольного, ческие свойства и фотолюминесценцию легированных выращенного по стандартной технологии (2).

4 948 А.Е. Куницын, А.Г. Мильвидская, М.Г. Мильвидский, В.В. Чалдышев Подвижность и концентрации электронов в различных частях монокристалла GaSb : Te Расстояние Концентрация электронов, см-3 Подвижность электронов, см2/В · с №п.п.

от начала слитка, мм 77 K 300 K 77 K 300 K 1 15 4.0 · 1017 2.0 · 1017 4.2 · 103 3.0 · 2 45 3.8 · 1017 2.1 · 1017 4.7 · 103 3.3 · 3 70 5.0 · 1017 2.8 · 1017 5.3 · 103 3.3 · 4 110 8.2 · 1017 5.0 · 1017 6.1 · 103 3.1 · Структурное совершенство кристалла контролирова- Увеличение концентрации теллура к концу слитка, как лось методами селективного травления и просвечиваю- уже отмечалось, обусловлено малым коэффициентом щей электронной микроскопии. Исследования не выяви- распределения этой примеси в GaSb. Основным акцептоли крупных преципитатов, подобных наблюдавшимся в ром в антимониде галлия явлется так называемый ”прикристаллах, выращенных при большом избытке галлия родный” акцептор, представляющий собой одиночный в расплаве [6]. Были обнаружены лишь единичные антиструктурный дефект GaSb или более сложный комкластеры размером в несколько нанометров. Плотность плекс, включающий GaSb [1,7]. Ранее было показано [6], дислокаций в исследованных кристаллах не превыша- что при выращивании монокристаллов GaSb из расплала 5 103 см-2. вов, обогащенных галлием, концентрация этого акцептора возрастает к концу слитка вследствие накопления изКристаллы GaSb : Te обладали проводимостью n-типа.

быточного галлия в расплаве. Возрастание концентрации Подвижности и концентрации электронов в различных акцепторов происходит, однако, медленнее, чем увеличечастях слитка при 300 и 77 K приведены в таблице.

ние концентрации доноров Te. Об этом свидетельствуют Видно, что концентрация электронов увеличивается к как измерения концентрации электронов (см. таблицу концу слитка. Такое изменение концентрации электронов по длине слитка является следствием увеличения кон- и рис. 1), так и сдвиг линии ФЛ в коротковолновую центрации теллура в монокристаллах, так как коэффи- область, вызываемый скорее всего смещением уровня Ферми в зону проводимости. Об уменьшении степени циент распределения этой примеси в GaSb KTe < 1. На компенсации свидетельствует увеличение подвижности рис. 1 представлены сравнительные данные по распреэлекронов, происходящее одновременно с увеличением делению концентрации электронов по длине контрольих концентрации (см. таблицу).

ного кристалла и кристалла, выращенного из расплава, Таким образом, проведенные исследования покаобогащенного галлием. Видно, что в последнем случае зали, что кристаллы n-GaSb, выращенные методом концентрация электронов ниже. В обоих кристаллах Чохральского и легированные теллуром до уровня концентрация электронов возрастает к концу слитка, однако в кристалле, выращенном из нестехиометриче- n = 3 · 1017-1 · 1018 см-3. являются сильно компенсированными. Избыток галлия в исходном расплаве (1ат%) ского расплава, это возрастание заметно сильнее, чем в контрольном.

На рис. 2 представлены спектры ФЛ для разных частей этих кристаллов. Во всех спектрах наблюдается одна широкая линия. Максимум этой линии существенно смещен в область меньших энергий относительно ширины запрещенной зоны Eg нелегированного GaSb. Такой вид спектра ФЛ характерен для сильно легированных компенсированных полупроводников и обусловлен излучательными переходами носителей из зоны проводимости в хвост валентной зоны и переходами между хвостами зон. Сдвиг линии ФЛ относительно Eg максимален в спектрах образцов, вырезанных из начальных и средних частей обоих кристаллов, и достигает 80 мэВ.

Столь большая величина позволяет заключить, что как контрольный, так и исследуемый кристаллы GaSb : Te являются не только сильно легированными, но и сильно Рис. 2. Спектры фотолюминесценции при 4.2 K для образцов, компенсированными.

вырезанных из различных частей легированного теллуром В спектрах образцов, вырезанных из конечных частей монокристалла GaSb, выращенного из обогащенного галлием слитков, уменьшается, однако ФЛ дополнительно уширасплава (1–4). Номера спектров соответствуют номерам ряется. Это свидетельствует об увеличении концентраобразцов в таблице. 1, 4 — спектры ФЛ образцов, вырезанных ции как доноров Te, так и компенсирующих акцепторов.

из соответствующих частей контрольного монокристалла.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Свойства легировнных теллуром монокристаллов антимонида галлия... приводит к увеличению концентрации компенсирующих Properties of tellurium doped single акцепторов, и этот эффект в исследованной области crystals of gallium antimonide grown концентраций преобладает над увеличением концентраfrom nonstoichiometric melt ции донорной примеси Te в кристалле. Существенной A.E. Kunitsyn, A.G. Milvidskaya, M.G. Milvidskii, преципитации избыточного галлия не обнаружено.

V.V. Chaldyshev Факт уменьшения степени компенсации в конечной части кристалла свидетельствует, по-видимому, о том, A.F.Ioffe Physicotechnical Institute, что компенсирующий акцепторный центр формирует- Russian Academy of Sciences, ся в слитке в процессе его посткристаллизационного 194021 St.Petersburg, Russia охлаждения в определенном температурном интервале. Institute of Rare Metals, Конечная часть кристалла по окончании процесса роста 109017 Moscow, Russia охлаждается с максимальной скоростью, в результате чего образование ”прородного” акцептора в этой части

Abstract

We studied electrical properties and photoluminesслитка в значительно степени подавляется. Скорее все- cence of tellurium doped single crystals of gallium antimonide го этот акцепторный центр обусловлен не одиночным grown by Czochralski method from nonstoichiometric melt. The собственным точечным дефектом, а комплексом с его crystals were found to be of n-type with strong compensation.

участием. Регулируя скорость охлаждения кристалла по- The tellurium concentration was found to increase to the end сле его выращивания или проводя последующие тер- of the billet stronger than the concentration of the compensating мообработки слитка или вырезанных из него пластин, acceptors. We discuss a possibility to form the properties of можно эффективно воздействовать на степень компен- GaSb single crystals using nonstoichiometric melts for Czochralski growth and subsequent annealing of the as-grown material.

сации сильно легированных кристалов GaSb n-типа и повышать предельно достижимый уровень концентрации электронов и их подвижности.

Авторы благодарны Н.А. Берту и А.А. Калинину за проведение элекронно-микроскопических исследований.

Работа выполнена при поддержке Государственного комитета по науке и технологиям (программы ”Фуллерены и атомные кластеры” и ”Физика твердотельных наноструктур”) и Росссийского фонда фундаментальных исследований.

Список литературы [1] В.П. Гермогенов, Я.И. Отман, В.В. Чалдышев, Ю.В. Шмарцев, Л.Е. Эпиктетова. ФТП, 24, 1095 (1990).

[2] Р.Х. Акчурин, В.А. Жегалин, В.В. Чалдышев. ФТП, 26, (1992).

[3] C. Woelk, K.W. Benz. J. Cryst. Growth, 27, 177 (1974).

[4] Н.Т. Баграев, А.Н. Баранов, Т.И. Воронина. Ю.Н. Толпаров, Ю.П. Яковлев. Письма ЖТФ, 11, в. 2, 117 (1985).

[5] В.М. Смирнов, А.А. Калинин, Б.Т. Бублик, А.Г. Брагинская, Г.П. Колчина, А.Н. Морозов, В.Б. Освенский. Кристаллография, 31, 615 (1986).

[6] Н.А. Берт, А.Е. Куницын, А.Г. Мильвидская, М.Г. Мильвидский, В.В. Чалдышев. ФТП, 29, 1116 (1995).

[7] D. Effer, P.J. Etter. J. Phys. Chem Sol., 25, 451 (1964).

Редактор В.В. Чалдышев Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.