WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

Полученные данные об изменении структуры дефектов КРТ при сильном легировании индием, во-первых, Рис. 2. Распределение In, Cd, Hg и Te на сколе слоя КРТ, подтвердили справедливость модели самокомпенсации полученного ЖФЭ и легированного индием из газовой фазы.

(об этом говорит обеднение поверхности ртутью, выCIn = 4.2 · 1021 см-3. Сплошная вертикальная прямая показызванное генерацией избыточных вакансий), а во-вторых, вает границу раздела „подложка–ЭС“, пунктирная — границу показали, что In в КРТ занимает узлы не только слоя, в котором произошло перераспределение компонентов Hg, но и Cd. Поскольку экстраполяция зависимости твердого раствора. Стрелками показаны места измерения кон[Cd]max/[Cd]x = f (CIn), представленной на рис. 3, дает центраций элементов, использованных при построении рис. [Cd]max/[Cd]x = 1 при CIn = 0, очевидно, что In начинает из работы [26].

занимать узлы Cd уже при малых концентрациях примеси. Так как концентрация вакансий Cd в исходных ЭС мала, этот процесс должен идти путем вытеснения атомов Cd из узлов, что еще раз подтвердило нестабильность Диффузия происходила быстрее при отжиге в вакууме, этих атомов в решетке КРТ. Данный вывод согласуется т. е. в условиях дефицита ртути — высокой концентрации с гипотезой [22,30] о том, что при T > 573 K In диффунее вакансий. Отметим, что полученные авторами [17] дирует в КРТ как по диссоциативному механизму, так и данные по диффузии In были объяснены в рамках по межузельному — посредством вытеснения.

модели компенсации индия собственными акцепторными Еще одним важным аспектом легирования КРТ индидефектами — вакансиями ртути, по схеме, аналогичной ем является влияние CIn на состав ЭС, выращиваемых предложенной в работе [16]. Эффект самокомпенсаметодом МПЭ. Эта проблема рассматривалась в рабоции, согласно проведенным авторами [17] расчетам, те [31], где подобное влияние было проанализировано становился более выраженным с увеличением состава на основании анализа температурной зависимости давлетвердого раствора.

ния паров In и Te и взаимодействия этих паров с парами В расчетах и при обсуждении экспериментальных данHg и Cd. Действительно, для изменения CIn в КРТ, ных по растворимости In в КРТ обычно рассмативается выращенных МПЭ (МПЭ-КРТ), варьируют температуру атом примеси в подрешетке металла, без указания его источника In, что изменяет парциальное давление его специфического положения [13,28,29]. В работе [26] на основании экспериментальных данных по сильному диффузионному легированию ЖФЭ-КРТ индием (от 5 · до 5 · 1021 см-3) был сделан вывод о том, что In может занимать в КРТ не только узлы Hg, но и Cd. Так, на рис. 2 представлено полученное методом рентгеноспектрального микроанализа типичное распределение In и компонентов твердого раствора в ЭС с x = 0.22, легированного диффузией In из газовой фазы при T = 360C.

В результате диффузии произошло сильное легирование приповерхностного слоя КРТ индием. Одновременно можно отметить сильное обеднение этого слоя ртутью и менее выраженное — кадмием, а также сегрегацию Cd в слое, лежащем под слоем с максимальной концентрацией In. Поверхность ЭС также оказалась обогащена Рис. 3. Зависимости отношений [Cd]max/[Cd]x и [Hg]min/[Hg]x от теллуром. Такая картина была типичной для всех ЭС с CIn для ЭС с x = 0.24 [26]. Время диффузии для всех образцов поверхностной концентрацией индия CIn > 1021 см-3.

составило 40 ч. Пояснения в тексте.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Легирование эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе HgCdTe... паров над растущим слоем. При этом изменяется и мог быть объяснен процессами межзонной рекомбинадавление паров Hg, что ведет к изменению величины x. ции, однако при снижении CIn до 2 · 1015 см-3 и ниже Авторы [31] показали, что в типичных условиях МПЭ измеренные значения оказалось возможным интерпреизменение температуры источника In от 290 до 326C тировать только с учетом вклада центров рекомбинации приводит к увеличению x от 0.2 до 0.24. Шокли–Рида. Авторы [35] предположили, что такие ценКак уже было отмечено, в настоящее время акту- тры расположены на (3/4)Eg над потолком валентной альным является диапазон слабых уровней легирования зоны. Природу этих центров они, предположительно, КРТ донорами ( 1014-1015 см-3). В принципе такой связывали с вакансиями ртути, однако такие же центры уровень концентрации электронов в КРТ достижим в существовали и в образцах, отожженных при 150C.

нелегированном материале за счет фоновых донорных В последнем случае природа центров должна была быть примесей, однако здесь следует учитывать необходи- иной, и возникновение таких центров приписывалось мость максимального увеличения подвижности µ и автолегированию ЭС из использованных в работе подвремени жизни неосновных носителей заряда. Так, ложек CdZnTe.

нелегированные монокристаллы КРТ, отожженные в Проблема автолегирования особенно актуальна для парах ртути при низкой температуре (T < 300C) для ЭС КРТ, выращиваемых на подложках GaAs. Известно, получения n-типа проводимости, оказываются сильно что в подобных слоях методом масс-спектроскопии втокомпенсированы и неоднородны, но слабое легирование ричных ионов (ВИМС) в ЭС всегда фиксируется опредетаких кристаллов индием снимает эти проблемы [25].

ленная концентрация атомов Ga [36,37], однако величиАналогично подобное легирование позволяет решить ны CGa и n77 в as grown ЭС не коррелируют. Подробный проблемы, связанные со смешанной проводимостью ЭС анализ этой проблемы был проведен в работе [38], где (часто связанные с наличием специфических по своим было показано, что в условиях МПЭ в действительности электрическим свойствам слоев на границе раздела активность Ga на поверхности растущего слоя мала ЭС–подложка и на поверхности), и увеличить подвижи концентрация электрически активного галлия в ЭС ность электронов µn в материале n-типа. Однако недавно не превышает 1014 см-3. Тем не менее галлий может было показано, что легирование ЭС КРТ индием ведет присутствовать в выращенных ЭС в виде соединения к тому, что влияние рекомбинации Шокли–Рида на Ga2Te3 и переходить в электрически активное состояние величину (время жизни неосновных носителей заряда) при последующей термообработке слоев. Так, после может начать проявляться уже при уровнях легирования отжига при Tann = 500C концентрация электронов в 2 · 1015 см-3 [32] (обычно рекомбинация Шокли–Рида ЭС n-типа, выращенных на подложках GaAs, возрастала проявляется в номинально чистых образцах КРТ n-типа от 5 · 1015 см-3 до 1017 см-3 [38]. Концентрация элекпри n < 5 · 1014 см-3 [33,34]). На рис. 4, в частности, трически активного Ga также увеличивалась с ростом представлены температурные зависимости в нелегидавления паров ртути.

рованных и слабо легированных In МПЭ-КРТ [32]. Как видно, величина в нелегированных образцах (кривые и 2) оказывается существенно выше, чем в легированных (кривые 3 и 4). Анализ данных, полученных в результате измерения эффекта Холла, проведенный в рамках модели „Multi-Carrier Fitting“ (MCF), позволил связать этот факт с тем, что концентрация носителей в нелегированных образцах была на порядок меньше, чем в легированных. При этом наличие явно выраженного -максимума на зависимости (T ) для образцов, легированных индием, оказалось возможным объяснить, только предположив, что в этих образцах существовал энергетический уровень, ответственный за рекомбинацию Шокли–Рида, двигавшийся с увеличением температуры вместе с потолком валентной зоны относительно уровня Ферми. Энергетическое положение уровня для образцов с x 0.2 соответствовало 0.054 эВ над потолком валентРис. 4. Температурные зависимости времени жизни неосновной зоны.

ных носителей заряда ( ) в слоях МПЭ-КРТ n-типа проСуществование центров рекомбинации Шокли–Рида водимости. 1, 2 — x 0.232, нелегированные с ND = предполагалось и в образцах МПЭ-КРТ-(211)В, отож= 2 · 1013 см-3 [32]; 3, 4 — x 0.224, легированные индиженных в n-тип при 250C [35]. Температурные завием с ND = 4 · 1014 см-3 [32], после активационного отжига:

симости для трех групп образцов с x 0.23 из этой 1, 3 — при Tann = 430C, 2, 4 — при Tann = 225C. 5–7 — работы также представлены на рис. 4 (кривые 5–7). Ход x 0.23 [35], легирование индием с ND, см-3; 5 —1.4 · 1015, температурной зависимости для всех групп образцов 6 —3.1 · 1015, 7 —1.1 · 1016. Сплошными линиями показаны в рассматриваемом диапазоне температур (80-300 K) соответствующие расчетные кривые из работы [35].

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 8 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский Таблица 2. Сводка данных по легированию эпитаксиальных слоев КРТ йодом, рассматриваемых в обзоре Диапазон легирования, см-Метод роста Подложка Состав x Источник примеси Ссылка (метод определения) ГФЭ МОС GaAs/ZnTe/CdTe 0.22-0.24 Изопропил-иодин (IPI) 8 · 1015-2 · 1018 [39] (ВИМС) ГФЭ МОС CdTe, CdZnTe 0.21-0.25 Этил-иодид (EI) 7 · 1014-2 · 1018 [40] (ВИМС).

МПЭ МОС GaAs/CdTe 0.24 EI 3 · 1015-5 · 1018 [41] (эффект Холла) ГФЭ МОС GaAs/CdTe, CdTe 0.20-0.24 I2 1016-1017 [36] (эффект Холла) ГФЭ МОС CdZnTe 0.2 EI 3 · 1014-5 · 1018 [42] (ВИМС) ГФЭ МОС GaAs/CdTe 0.23-0.36 IPI 2 · 1015-5 · 1017 [43] (эффект Холла) МПЭ CdZnTe 0.3, 0.7 CdI2 3 · 1016-1018 [44] (эффект Холла) ГФЭ МОС GaAs, Si/GaAs 0.2, 0.3 Изобутил-иодид (IBI) 3 · 1015-1017 [45] (ВИМС) В заключение можно упомянуть результаты по пред- легированию ЭС КРТ йодом представлены в табл. 2, а на намеренному легированию галлием ЖФЭ-КРТ [24]. Ле- рис. 5 приведены данные по электрической активности гирование проводилось из жидкой фазы, и слои n-типа йода в ЭС КРТ из работ [39,40,43]. Видно (символы 1–3), проводимости были получены при концентрации Ga в что в первых трех случаях была достигнута практически расплаве от 3 · 10-3 ат% и выше. Отжигом легированных 100%-я электрическая активация примеси вплоть до образцов в парах Hg при 270C были получены 1018 см-3. О достижении высокой концентрации элекслои с концентрацией электронов при 77 K n77 от тронов (5 · 1018 см-3) при легировании ЭС КРТ йодом 5 · 1014 до 4 · 1018 см-3 в зависимости от концентра- сообщалось также в работе [41]. Обзор ранних работ по ции Ga в расплаве. Величина подвижности электро- легированию йодом ГФЭ-МОС-КРТ может быть найден нов µn при той же температуре составила от (2-4) · 106 в работе [36]. Более поздние работы проанализированы до 5 · 103 см2/(B · с) в зависимости от уровня легиро- в обзоре [46], где, в частности, сообщается о первом вания. Авторы [24] на основании сравнения этих ре- наблюдении зависимости „растворимости“ йода в КРТ зультатов с собственными данными по легированию ЭС от ориентации подложки. Концентрация йода CI измеКРТ индием, представленными в той же работе, сделали вывод, что использование последнего предпочтительнее.

2.2. Легирование йодом Легирование КРТ йодом изначально в основном разрабатывалось как альтернативное легированию In для ГФЭ МОС. Для этого существовали две основные причины.

Одна из них заключалась в том, что при использовании индия для ГФЭ МОС при изготовлении КРТ (ГФЭМОС-КРТ) налицо был эффект памяти, когда МОС — источник индия (прекурсор) — в ходе ростового процесса осаждался на стенках реактора. В результате ЭС, выращенные в последующих циклах эпитаксии, оказывались подлегированы In, что не возволяло получать резкие p-n-переходы или выращивать нелегированные слои. Второй причиной послужило меньшее значение коэффициента диффузии I по сравнению с In при тех Рис. 5. Электрическая активность йода в слоях КРТ, изгоже температурах. Это обусловлено тем, что I замещает товленных методом ГФЭ МОС. Данные из работы: 1 — [40], атомы в подрешетке теллура, а In — металла. Поскольку x 0.23, подложка CdZnTe(100) 4, 2 — [40], подложка атомы Te гораздо более стабильны в решетке, то и CdZnTe(211)B; 3 — [39], подложка CdTe/ZnTe/GaAs(100);

коэффициент диффузии йода в КРТ оказывается на поря- 4 — [43], x 0.3, подложка CdTe/GaAs(100). Сплошная линия док меньше, чем индия. Сведения об экспериментах по соответствует 100%-й активации примеси.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Легирование эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе HgCdTe... нялась от 5 · 1015 см-3 в ЭС, выращенных на подлож- электронов в КРТ при 77K n77 оказывалась близкой к ке (100)8 (111)A, до 5 · 1018 см-3 для подложки величине CI только после отжига легированных ЭС в условиях насыщения ртутью при T < 200C. В условиях (211)B. Что касается обзора [36], то эта статья содержит дефицита ртути при CI > 1020 см-3 эта примесь начинатакже и оригинальные работы авторов, эксперименты ла замещать атомы катиона.

которых по легированию КРТ йодом продолжались до Йод также исследовался как донорная примесь в последнего времени. В частности, в работе [45] авторы КРТ и в условиях выращивания материала методом сообщали о достижении высокой однородности легироМПЭ [44]. В качестве источника йода использовалось сования йодом ЭС КРТ, выращенных на подложках GaAs единение CdI2. Для ЭС с x = 0.7 было получено значедиаметром 3 дюйма. Величина CI в этих экспериментах ние концентрации электронов на уровне 1.1 · 1018 см-3, составила 5 · 1015 см-3 и 1017 см-3. Электрическая а для ЭСс x = 0.3 — порядка 7.6 · 1017 см-3. Сиспольактивность примеси в последнем случае вновь была зованием йода методом МПЭ были выращены структуры практически 100%-й.

с модулированным легированием; эти результаты будут Аналогичный диапазон CI был достигнут в работе [43], обсуждены далее.

однако, как следует из рис. 5, электрическая активность На рис. 6 представлены значения µn в ГФЭ-МОС-КРТ йода в этих экспериментах даже на низких уровнях с разным уровнем легирования йодом. Как следует из рилегирования составляла всего 20-30% (символы 4).

сунка, с увеличением CI n подвижность падает. В раПричину этого авторы не указали. Важно, что практиботе [41] уменьшение подвижности при CI > 1018 см-3, чески во всех перечисленных в табл. 2 работах были исходя из температурной зависимости µn, приписыполучены, по данным ВИМС, резкие профили йода в валось рассеянию на ионизованных атомах примеси;

ЭС и гетероструктурах на основе КРТ. Это подтвердило вероятнее всего, это справедливо и по отношению к низкий коэффициент диффузии I и, следовательно, прирезультатам других работ. Максимальные значения µn, годность этой примеси для легирования тонких слоев полученные при легировании ЭС КРТ йодом, были не и многослойных структур. Отрицательным моментом хуже величин, достигнутых на тот момент времени в следует считать указания на существование эффекта ЭС, легированных индием.

памяти также и для йода по крайней мере при высоких уровнях легирования [39].

3. Легирование эпитаксиальных Равновесные свойства йода в КРТ были рассчитаны ab initio в статье [28], где было показано, что до конслоев КРТ акцепторными центраций по крайней мере 1015 см-3 йод действительно примесями должен входить исключительно в подрешетку аниона.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |



© 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.