WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 10 Электролюминесценция в разъединенной гетероструктуре p-GaInAsSb/p-InAs при гелиевых температурах © Н.Л. Баженов, Г.Г. Зегря, В.И. Иванов-Омский, М.П. Михайлова, М.Ю. Михайлов, К.Д. Моисеев В.А. Смирнов, Ю.П. Яковлев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 26 марта 1997 г. Принята к печати 1 апреля 1997 г.) Исследована электролюминесценция в разъединенной одиночной гетероструктуре II типа p-GaInAsSb/p-InAs при T = 4.2 77 K. Показано, что при понижении температуры ниже T = 77 K две полосы люминесценции с энергиями максимумов 311 мэВ (полоса A) и 384 мэВ (полоса B) сдвигаются в сторону больших энергий, причем при T = 4.2 K коротковолновая полоса расщепляется на две полосы B1 и B2. Результаты объясняются в рамках модели, учитывающей рекомбинацию электронов из зоны проводимости на акцепторный уровень в InAs, а также рекомбинацией электронов и дырок, локализованных в самосогласованных квантовых ямах по разные стороны от гетерограницы.

Введение Методика эксперимента и образцы Одиночные гетероструктуры p-GaInAsSb/p-InAs были Недавно была обнаружена и исследована электролюполучены методом жидкофазной эпитаксии. Техноломинесценция (ЭЛ) в одиночном разъединенном гетерогия их изготовления и методика измерений подробно переходе II типа p-GaInAsSb/p-InAs при T = 77 K [1].

описаны ранее [2,3]. Подложка для такой структуры В этой же работе был выполнен качественный анализ легировалась Zn до концентраций порядка 5 · 1016 см-3.

механизма ЭЛ в такой структуре. Было показано, что Эпитаксиальный широкозонный слой твердого раствора механизм ЭЛ в рассматриваемой p–p-гетероструктуре Ga1-xInxAsySb1-y (x = 0.17, y = 0.22) также легировалобусловлен рекомбинацией электронов и дырок, локася Zn до концентрации p = 1018 см-3.

лизованных в самосогласованных квантовых ямах по разные стороны от гетерограницы. Однако вопрос о Экспериментальные результаты том, определяется ли форма потенциальных барьеров и самосогласованных квантовых ям на гетерогранице и обсуждение непосредственно технологией изготовления гетерострукНа рис. 1 приведены спектры люминесценции истуры или она зависит также от величины приложенного следованной структуры, когда отрицательный потенцивнешнего смещения, не до конца понятен. В этой связи ал приложен к узкозонному полупроводнику p-InAs особенно полезными представляются исследования элек(обратное смещение), при четырех температурах от 4.тролюминесценции в импульсном режиме, так как в этом до 100 K. При T = 77 K в спектрах наблюдались две случае имеется возможность не только в более широком линии с максимумами при энергиях фотонов 311 мэВ диапазоне изменять ток, протекающий через гетеропере(линия A) и 384 мэВ (линия B) соответственно. При ход, но и оценить характерные времена излучательных понижении температуры до T = 4.2K полоса A супроцессов. В работе [2] была исследована излучательжалась, причем ее максимум практически не смещался ная рекомбинация в разъединенной p–p-гетероструктуре (энергия максимума 314 мэВ). Одновременно изменяII типа при импульсном возбуждении при температуре лась структура полосы B — она явно расщеплялась жидкого азота. Было показано, что в спектрах люмина две линии с энергиями максимумов 371 мэВ (B1 и несценции наблюдаются две полосы излучения с макси400 мэВ (B2), при этом пложение полосы B1 практически мумами, соответствующими энергиям 384 и 311 мэВ, совпадало с положением полосы B при T = 77 K.

полушириной 18 19 мэВ, и оценены времена излучаИз сравнения со спектром, снятым при промежуточной тельной и безызлучательной рекомбинации на гетеротемпературе T = 15 K, видно, что при повышении границе II типа, которые составили R 2 · 10-7 с и температуры от гелиевой относительная интенсивность A2 =(0.5 1.4) · 10-7 с соответственно.

полосы B1 возрастает, но ее положение практически Цель настоящей работы состояла в исследовании не изменяется и совпадает с положением полосы B электролюминесценции в разъединенной гетероструктупри T = 77 K, а полоса B2 смещается в сторону ре p-GaInAsSb/p-InAs в импульсном режиме при темпеменьших энергий фотонов и, расширяясь, поглощает ратуре жидкого гелия. Экспериментальные исследования полосу B1.

были выполнены при различных токах и различных поло- Таким образом, положение двух длинноволновых пожениях измерительного строба относительно импульса лос практически не зависит от температуры, а короттока. коволновая полоса при понижении температуры сдвиЭлектролюминесценция в разъединенной гетероструктуре p-GaInAsSb/p-InAs... Рис. 1. Спектры электролюминесценции (EL) при Рис. 2. Спектры электролюминесценции (EL) при T = 4.2K T = 4.2 (1), 15 (2), 77 (3) и 100 (4) K. при обратном (1) и прямом (2)смещениях.

гается в сторону больших энергий. Температурный ко- нием. Кроме того рекомбинация носителей при обеих эффициент сдвига равен -2.2 · 10-4 эВ/K, что близко полярностях смещения происходит в одной и той же к величине соответствующего температурного коэффи- области гетероструктуры.

циента изменения ширины запрещенной зоны в InAs Природа полосы B2 может быть лучше понята из схе-2.8 · 10-4 эВ/K [4].

матичной зонной диаграммы, представленной на рис. Исследование показало, что вольт-амперная характе(EF — уровень Ферми). На рисунке гетеропереход изористика исследуемой структуры при понижении тембражен при обратном смещении. В этом случае становитпературы от T = 77 до 4.2 K изменяется слабо.

ся эффективным туннелирование дырок из валентной зоЭто свидетельствует о туннельном характере протеканы твердого раствора в валентную зону InAs. Протуннения тока. Отметим, что при прямом смещении, колировавшая дырка теряет энергию за счет оже-процесса, гда положительный потенциал приложен к более узкокоторый сопровождается возбуждением неравновесного зонному полупроводнику p-InAs, полоса A не наблюэлектрона из валентной зоны InAs в зону проводимости дается.

и переходом дырки к потолку валентной зоны. Электрон На рис. 2 представлены спектры полос B1 и B2 исслев зоне проводимости излучательно рекомбинирует на акдованной структуры как для случая обратного смещения, цепторный уровень, что приводит к появлению в спектре так и для случая прямого смещения. Видно, что форма ЭЛ полосы B2. Поскольку легирующей примесью как спектра при обеих полярностях приложенного смещения подобна. Положение полос B1 и B2 практически совпадает. При увеличении интенсивности возбуждения интенсивность линий излучения линейно возрастает, но их энергетическое положение остается неизменным.

При прямом смещении полоса B2 симметрична и имеет гауссову форму. В случае обратного смещения полоса B2 несимметрична. Ее коротковолновый край по-прежнему описывается гауссовым распределением, причем с теми же параметрами, что и при прямом смещении, однако длинноволновый край имеет лоренцеву форму. Тем не менее можно сделать вывод, что вид спектра исследованной гетероструктуры слабо зависит не только от степени возбуждения, но и от полярности тока. Это свидетельствует в пользу того, что зонная структура определяется в первую очередь технологией Рис. 3. Зонная диаграмма исследованной гетероструктуры при изготовления гетероперехода, а не приложенным смеще- обратном смещении.

5 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1218 Н.Л. Баженов, Г.Г. Зегря, В.И. Иванов-Омский, М.П. Михайлова, М.Ю. Михайлов, К.Д. Моисеев...

и их туннельная рекомбинация с дырками, что и приводит к появлению полос A и B1.

На рис. 4 представлены спектры ЭЛ, характеризующие кинетику гашения люминесценции после окончания импульса тока длительностью 10 мкс через гетеропереход при обратном смещении. Видно, что после выключения тока возбужения интенсивность полос B1 и B2 уменьшается. Уменьшение в ”e” раз происходит приблизительно за 8 мкс, что близко к времени релаксации интегральной люминесценции в таких структурах [3]. В целом это подтверждает предположение о том, что энергетическая структура гетерограницы в основном практически не зависит от приложенного напряжения. При этом скорость уменьшения интенсивности полос при сдвиге измерительного строба подтверждает, что оба соответствующих канала излучательной рекомбинации имеют общий источник неравновесных электронов.

Заключение Рис. 4. Спектры электролюминесценции (EL) при обратном Таким образом, в настоящей работе исследованы спексмещении при T = 4.2 K, снятые спустя промежуток времетры ЭЛ одиночной гетероструктуры p-GaInAsSb/p-InAs ни t после выключения тока через гетеропереход. t, мкс:

в импульсных электрических полях при T = 4.2 100 K.

1 —0, 2 —4, 3 —8, 4 — 12.

Полученные экспериментальные данные позволили уточнить модель излучательной рекомбинации электронов, предложенную в работах [1,2]. Дополнительно к рекомбинации электронов, локализованных в самосоглаподложки, так и слоя является Zn, формирующий в InAs сованной квантовой яме на гетерогранице со стороны акцепторный уровень с энергией 25 мэВ [5], а ширина p-InAs, эта модель учитывает излучательные переходы запрещенной зоны InAs, определенная по измерению электронов на акцепторный уровень в p-InAs.

фотолюминесценции при T = 4.2 K, равна 423 мэВ, естественно предположить, что рекомбинация электронов Данная работа частично поддержана Российским фонпроисходит на акцепторный уровень, соответствующий дом фундаментальных исследований, грант № 96-02цинку. При прямом смещении имеет место аналогичный 17841-a, а также Международной ассоциацией INTAS, процесс, однако туннелирование дырок происходит из грант № 94-0789.

валентной зоны InAs в валентную зону GaInAsSb. Кроме того, при прямом смещении, превышающем контактную Список литературы разность потенциалов, (что достигалось в эксперименте) может происходить туннелирование электронов из [1] M.P. Mikhailova, G.G. Zegrya, K.D. Moiseev, Yu.P. Yakovlev.

валентной зоны GaInAsSb в зону проводимости InAs и Sol. St. Electron., 40, 673 (1996).

их рекомбинация с дырками. Отметим, что поскольку при [2] Н.Л. Баженов, Г.Г. Зегря, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, обратном смещении энергетические зоны искривлены В.А. Смирнов, О.Ю. Соловьева, Ю.П. Яковлев. ФТП, 31, сильнее, чем при прямом смещении, а рекомбинация 658 (1977).

электрона происходит именно в области, где зоны имеют [3] N.L. Bazhenov, G.G. Zegrya, V.I. Ivanov-Omskii, K.D. Moiseev, M.P. Mikhailova, V.A. Smirnov, Yu.P. Yakovlev. 23-rd Int.

сильный наклон, следует ожидать, что длинноволновый Symp. Compound Semiconductors (St. Petersburg, Russia, край полосы ЭЛ в этом случае будет более пологим, чем September 23–27) rep. 11.P2.37.

коротковолоновый, из-за вклада рекомбинации, сопрово[4] П.К. Баранский, В.П. Клочков, И.В. Потыкевич. Полупрождающейся туннелированием. Именно это и наблюдаетводниковая электроника. Справочник (Киев, Наук. думка, ся в эксперименте.

1975).

В рамках нашей модели зонной диаграммы отсутствие [5] X. Gong, H. Kan, T. Yamagichi, I. Sazuki, M. Aoyama, M. Kuзависимости положения полос ЭЛ от смещения можно magawa, N.L. Rowell, A. Wang, R. Rinfret. JJAP, v. 33, (1994).

объяснить следующим образом. На p–p-гетерогранице имеется квантовая яма, форма которой практически не Редактор Л.В. Шаронова зависит от величины и полярности приложенного смещения. При приложении смещения происходит заполнение локальных уровней в яме электронами, а следовательно, Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Электролюминесценция в разъединенной гетероструктуре p-GaInAsSb/p-InAs... Electroluminescence from type II broken-gap p-GaInAsSb/p-InAs heterojunction at helium temperatures N.L. Bazhenov, G.G. Zegrya, V.I. Ivanov-Omskii, M.P. Mikhailova, M.Yu. Mikhailov, K.D. Moiseev, V.A. Smirnov, Yu.P. Yakovlev A.F. Ioffe Phisicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia

Abstract

Electroluminescence from the type II brokengap p-GaInAsSb/p-InAs single heterojunction was studied at T = 4.2 77 K. Two bands with maximum energies of 311 meV (A band) and 384 meV (B band) observed at T = 77 K were shown to shift toward higher energies with decreasing temperature to 4.2 K, the short–wave band splitting into two subbands (B1 and B2). The results are discussed in the framework of the model taking into account band-to-acceptor recombination in InAs as well as radiative recombination of electrons and holes localized in the adjacent wells at both sides of the heterojunction.

5 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.