WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 10 Фотопроводимость фосфида галлия, компенсированного медью © Н.Н. Прибылов, С.И. Рембеза, А.И. Спирин, В.А. Буслов, С.А. Сушков Воронежский государственный технический университет, 394026 Воронеж, Россия (Получена 14 июля 1997 г. Принята к печати 23 декабря 1997 г.) Эфекты автокомпенсации фосфида галлия при его диффузионном легировании медью, амфотерность электрической активности примеси, аномалии кинетики собственной фотопроводимости и ее ИК гашения объяснены в модели реконструкции связей примесного атома меди с ближайшим окружением. При этом акцепторное состояние связывается с узельной медью в тетраэдрической координации, а донорное обусловлено медью, связанной лишь с двумя из четырех атомов фосфора.

Введение закаливались путем сбрасывания ампул в воду, обрабатывались абразивными порошками, полировались и Поведение примеси меди в фосфиде галлия, в том травились в смеси плавиковой и азотной кислот. Кончисле методами фотопроводимости (ФП), исследовалось такты из индия наносились на свежеприготовленные рядом авторов [1–7]. Основной интерес к GaP : Cu образцы и обеспечивали линейность вольт-амперных хабыл обусловлен высокой чувствительностью материала к рактеристик (ВАХ) в широком интервале значений приизлучению в коротковолновой части видимого диапазона ложенного напряжения. Наиболее высокоомные образцы спектра, что свзывают с наличием у примеси меди в получены в температурном интервале 800-930C. При запрещенной зоне энергий глубокого уровня с большой комнатной температуре их удельное сопротивление соасимметрией сечений захвата для электронов и дырок [1]. ставляло величины 3 · 1010 Ом · см.

В работе [2] было установлено наличие эффектов Измерения спектров ФП проводились при обычном и автокомпенсации фосфида галлия при диффузионном комбинированном возбуждении. В первом случае монолегированнии медью: вне зависимости от типа прово- хроматическое излучение от одного источника падало димости исходного материала после его легирования на поверхность образца нормально; при регистрации получаются образцы с удельным сопротивлением от 104 спектров комбинированного возбуждения, с использодо 1014 Ом · см при 300 K. ванием излучения двух монохроматоров — под углом примерно 45 градусов. Использовались модуляционная Результаты разных авторов, обобщенные в [3], сопоставимы: во всех работах отмечается присут- методика регистрации ФП, токовый сигнал усиливался ствие доминирующих состояний ”A” в полосе энер- и синхронно детектировался селективным фазочувствительным нановольтметром ”UNIPAN 232B” с последугий E = Ev + (0.5-0.55) эВ и, иногда, наличие ющей регистрацией измерительно-вычислительным комсостояний ”B”, определяемых в диапазоне энергий плексом, входящим в состав спектрометра СДЛ-2, или на Ev +(0.68-0.82) эВ. Принадлежность уровня B меди ленту самописца. Источниками излучения служили галоявляется дискуссионной, так как концентрации уровней генния лампа накаливания ”NARVA” мощностью 1 кВт A и B в исследовавшихся образцах не коррелировали и ксеноновая газоразрядная лампа. Во всех измерениях между собой [3].

реализовывался режим постоянного поля. В качестве Поскольку до сих пор природа уровня B не определена, источника напряжения в случае высокоомных образцов а его влияние на фотоэлектрические свойства GaP : Cu не использовался стабилизированный блок питания для фоисследовано, представляет интерес изучение ФП материтоэлектронного умножителя УБПВ-1.

ала с разным уровнем легирования медью.

Основные экспериментальные Методика эксперимента результаты Исходные образцы фосфида галлия представляли собой пластины толщиной 1 мм, вырезанные из мо- 1. Спектры фотопроводимости образцов GaP : Cu.

нокристаллов, выращенных методом Чохральского и ФП образцов при комнатной температуре (рис. 1) в легированных теллуром с концентрацией электронов длинноволновой части спектра характеризуется примес4 · 1017 см-3 и холловской подвижностью 130 см2/В · с. ной полосой с порогом 0.7 эВ, имеющей максимум при Диффузионное насыщение медью осуществлялось в ва- 1.05 эВ, простирающейся до энергий квантов 2эВ, где куумированных кварцевых ампулах из напыленных на имеет место резкое возрастание фототока вплоть до края обе поверхности образцов слоев металла. Температура полосы собственных переходов. Ввиду близости суммы легирования варьировалась в диапазоне 800-1200C, а энергий порогов полос к значению ширины запрещенной время от 8 до 24 ч. По окончании отжигов образцы зоны фосфида галлия, можно полагать, что они связаны с 1166 Н.Н. Прибылов, С.И. Рембеза, А.И. Спирин, В.А. Буслов, С.А. Сушков Рис. 1. Спектры ФП образцов GaP : Cu, легированных медью при различных температурах.

уровнем B, лежащим в нижней части запрещенной зоны ной фотопроводимости. Видно, что в длинноволновой и заполненным электронами частично. части немодулированная межзонная засветка выявляет Вид спектров фототока, протекающего через обра- новую полосу с порогом около 0.6 эВ. Очевидно, что зец при комбинированном возбуждении, сильно зависит этот результат подтверждает присутствие в исследуемых от интенсивности любого из потоков: можно получить образцах центров, очувствляющих собственную фотокак уменьшение величины модулированного тока, так и проводимость, а наблюдаемые пороги близки к данным изменение его фазы, т. е. эффект гашения фотопрово- других авторов [4,5].

димости. На рис. 2 показан спектр гашения собствен- 2. Релаксации собственной фотопроводимости.

Кинетика изменения ФП рис. 3 зависит от интенсивности возбуждения. При возбуждении после выдержки образца в темноте включение немодулированного света с длиной волны 547 нм (h = 2.27 эВ > Eg) приводит сначала к быстрому, а потом к медленному нарастанию фототока до стационарного значения. Установлено, что скорость нарастания фототока на начальном участке зависит от времени между выключением и повторных включением света. Вид этой зависимости приведен на вставке рис. 3.

После выключения света наблюдается экспоненциальное уменьшение тока в цепи образца практически до темнового значения с постоянной времени 1.2 с. Если повторное включение света осуществить сразу после достижения темнового фототока, то наблюдается только его быстрое нарастание до стационарного значения.

Таким образом, образцы проявляют при комнатной температуре эффект памяти.

3. Кинетика инфракрасного гашения собственной фотопроводимости. В исследованных образцах наблюдается эффект инфракрасного (ИК) гашения собственной фотопроводимости. Кинетика гашения регистрировалась при энергия квантов 0.7 и 1.24 эВ, обеспечивающих возбуждение дырок только с уровня A в первом случае и с обоих уровней — во втором. При одинаковой Рис. 2. Спектр гашения собственной ФП образца GaP : Cu, легированного при 930C. глубине гашения, достигавшейся изменением ширины Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Фотопроводимость фосфида галлия, компенсированного медью объяснение наблюдаемых в фотопроводимости эффектов возможно на основе следующих предположений:

- при введении меди в запрещенной зоне фосфида галлия могут возникать два энергетических уровня: нижний, акцепторный — A и верхний, донорный — B, состояния которых, в зависимости от присутствия или отсутствия на них электронов, обозначаются как A-, B0 и A0, B+ соответственно;

- нейтральное состояние примеси меди, являющееся акцептором (A0), и нейтральное состояние меди, являющееся донором (B0), эквивалентны по заряду и могут быть получены одно из другого при смене типа проводимости материала.

Эффект компенсации любого типа проводимости определяется протеканием квазихимической реакции вида B+ + ecB A- + pvB, (1) из которой следует, что избыток электронов в зоне проводимости приводит к преобладанию акцепторных состояний A-, а избыток дырок компенсируется за счет донорных свойств состояний B0.

Кинетика нарастания собственной ФП (рис. 1), исходя из сделанных предположений, определяется следующими причинами: генерация светом электронно-дырочных пар в начале возбуждения не может обеспечить значительной концентрации свободных носителей заряда из-за того, что дырки эффективно захватываются состояниями A-, а электроны — состояниями B+. Наличие в Рис. 3. Кинетика собственной ФП образца GaP : Cu, легироисходных образцах мелких доноров приводит к тому, ванного при 930C. На вставке — зависимость скорости нарастания фототока (dI/dt) в произвольных единицах от времени что концентрация состояний A- превышает концентравыдержки образца в темноте при комнатной температуре.

цию состояний B+ и заполнение последних электронами наступает раньше, чем заполнение уровня A дырками.

Генерация дополнительных пар приводит к увеличению концентрации электронов в зоне проводимости, увещелей монохроматора, релаксация фототока в пределах личению их времени жизни за счет продолжающейся погрешности регистрирующих приборов не зависела от локализации дырок на нижнем уровне. Наблюдаемое энергии квантов (рис. 4). Выключение ИК возбуждения следом за непродолжительным участком быстрого роста вызывает еще большее уменьшение тока в цепи образца ФП весьма медленное нарастание фототока связывается с последующим медленным восстановлением. Темп наранами с процессами перехода нейтральных состояний B0 в стания фототока после ИК гашения не зависит от интеннейтральные состояния A0. Эта реконструкция диктуетсивности и длительности ИК облучения, определяется ся фотогенерированными электронами, определяющими лишь глубиной гашения собственной фотопроводимости, проводимость образца. В результате происходит уменьи при постоянном уровне собственного света значительшение числа уровней B и соответствующее увеличение но ниже, чем после выдержки образца в темноте.

числа уровней A. Повышение концентрации центров A0 увеличивает термическую генерацию дырок с этого уровня в валентную зону и вызывает насыщение фотоОбсуждение экспериментальных тока. После выключения освещения термически генерирезультатов руемые дырки рекомбинируют с электронами, приводя к быстрому падению фототока и установлению дырочной В приведенных экспериментальных результатах оче- проводимости образца, стимулирующей смену направлевидны аномалии свойств GaP : Cu, выражающиеся в силь- ния протекания реакции (1). Высокий темп нарастания ной зависимости вида кинетики нарастания фототока от фототока после быстрого повторного включения света времени выдержки образца в темноте и наблюдаемом определяется перераспределением плотности состояний при этом превышении скорости спада фотопроводимости между уровнями B и A в пользу последнего, а также над темпом ее нарастания. Этот феномен наблюдал- тем, что скорость захвата дырок уровнем A существенно ся в [1], но предметно не обсуждался. Качественное выше скорости захвата электронов уровнем B. Если Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1168 Н.Н. Прибылов, С.И. Рембеза, А.И. Спирин, В.А. Буслов, С.А. Сушков Рис. 4. Кинетика гашения и восстановления собственной ФП в образце, легированном при 930C.

между выключением и включением света делается вре- из заполненной d-оболочки примеси возбуждается на менная пауза, то в зависимости от ее величины меняется уровень валентных электров, а еще один принимается из кинетика нарастания участка 1, отражающая процесс решетки. Донорное состояние меди реализуется путем восстановления равновесного распределения состояний образования центра, представляющего собой ион меди, меди. Постоянная времени процесса, определенная из связанный лишь с двумя из четырех атомов фосфорного рис. 3, составляет около 135 с.

окружения, два других атома замыкают свои валентные Кинетика рис. 4 объясняется тем, что ИК излучение электроны друг на друга. Данный центр должен иметь обеспечивает генерацию только дырок и увеличение его пониженную точечную симметрию из-за смещения иона интенсивности приводит к инверсии типа доминирующих Cu из галлиевого узла в направлении [110]. Возносителей при существенном превышении темпа оптиможность понижения точечной симметрии центра меди ческой генерации дырок над термической. В результате в галлиевой вакансии экспериментально доказана для рекомбинации величина тока сильно падает, образец GaAs [10]. Поляризация фотолюминесценции наблюдаприобретает дырочный тип проводимости и баланс уравлась и в GaP: Cu [7].

нения (1) смещается влево, что приводит к перераспределению числа уровней A и B в пользу последнего. После выключения ИК подсветки рекомбинация электронноСписок литературы дырочных пар происходит в основном через уровень B из-за малой концентрации очувствляющих центров A. [1] B. Goldstein, S.S. Perlman. Phys. Rev., 148, 715 (1966).

[2] R.G. Schulze, P.E. Petersen. J. Appl. Phys., 45, 5307 (1974).

Однако по мере локализации части дырок на уровне A [3] P.O. Fagerstorm, H.G. Grimmeiss, H.H. Titze. J. Appl. Phys., происходит смена типа проводимости образца и нако49, 3341 (1978).

пление состояний B0. Скорость процесса реконструкции [4] H.G. Grimmeiss, H. Scholz. Phil. Res. Rep., 20, 107 (1965).

донорных состояний в акцепторные определяется как [5] H.G. Grimmeiss, B. Monemar. Phys. St. Sol., 19, 505 (1973).

конкуренцией механизмов рекомбинации электронно[6] B. Monemar, H.P. Gislason, P.J. Dean, D.C. Herbert. Phys.

дырочных пар на центре, так и энергетическими затраRev. B, 25, 7719 (1982).

тами, необходимыми для перестройки A B. Переход [7] И.А. Буянова, С.С. Остапенко, М.К. Шейнкман. ФТП, 20, под действием ИК подсветки центров из акцепторных в 1791 (1986).

донорные состояния происходит достаточно быстро.

[8] H.H. Woodbury, G.W. Ludwig. Phys. Rev., 126, 466 (1962).

Нам неизвестны какие-либо работы об исследованиях [9] Н.Т. Баграев, В.А. Машков. Письма ЖЭТФ, 39, 211 (1984).

электронной структуры примесных состояний меди в со- [10] Н.С. Аверкиев, В.А. Ветров, А.А. Гуткин, И.А. Меркулов, Л.П. Никитин, И.И. Ремина, Н.Г. Романов. ФТП, 20, единениях AIIIBV методом электронного парамагнитного (1986).

резонанса, поэтому обсуждение возможных причин донорных свойств центров B0 мы можем проводить только Редактор В.В. Чалдышев по аналогии с известными моделями для амфотерных примесей Pt и Au в Si [8,9]. В нашем случае акцепторное состояние меди реализуется при ее изовалентном замещении галлия за счет того, что один электрон Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Фотопроводимость фосфида галлия, компенсированного медью Photoconductivity of copper-compensated gallium phosphide N.N. Pribylov, S.I. Rembeza, A.I. Spirin, V.A. Buslov, S.A. Sushkov Voronezh State Technological University, 394026 Voronezh, Russia

Abstract

Autocompensation effects of GaP after diffusional doping by Cu; amphoterity of electrical activity of impurities;

kinetics of interband photoconductivity and infrared quenching are discussed in supposition of impurity bonding reconstruction.

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.