WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Легирование эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе HgCdTe... Эффективный коэффициент диффузии D при этом ока- (NA-ND)/CAs от pHg дала значение KAs 10 000. Таким зывается обратно пропорциональным общей концентра- образом, оказалось, что при уровнях легирования меции мышьяка, который может быть активирован (gCAs), нее 2 · 1016 см-3 даже в условиях насыщения теллуром поэтому для активации мышьяка в кристалле с его при 400C большинство атомов As занимает места в концентрацией 1018 см-3 потребуется в 1000 раз боль- подрешетке халькогена. Это подтверждает эффективность высокотемпературного отжига для активации As ше времени, чем для кристалла с 1015 см-3 As. Этот в КРТ. Что же касается активации мышьяка при низких же коэффициент диффузии обратно пропорционален температурах, то данных, которые могли бы полностью фракции мышьяка, остающейся в подрешетке металла подтвердить верность этой концепции, пока что недоста(1-g). Это также результат пересыщения кристалла точно.

межузельным теллуром. По мнению автора работы [66], Тенденция к увеличению активности As в КРТ при этими факторами и объясняется необходимость отжиувеличении температуры отжига была прослежена и для гать as grown материал для активации As тем дольше, ЭС, выращенных МПЭ с помощью высокотемпературночем больше уровень легирования. Отметим, что данго крекинга (разложения) состояний мышьяка в паровой ная модель в целом предсказывает высокие скорости фазе [60,63]. Источник с разложителем использовался конверсии легированного мышьяком КРТ из n-типа в для решения проблемы низкого коэффициента прилипаp-тип даже при низких температурах. Так, при 400C ния As при типичной температуре МПЭ КРТ ( 180C), ЭС толщиной 10 мкм с CAs = 1015 см-3 должен конверчто позволяет добиться высоких уровней легирования тировать в p-тип всего за 1 с! При 250C конверсия in situ. Использование крекинга позволило авторам [63] такого ЭС должна занять 300-3000 с в зависимости от получить концентрацию мышьяка в слоях на уровне величины фактора g, который физически представляет 4 · 1020 см-3. Полученные ЭС отжигались по различным собой отношение концентрации мышьяка, находящегося двухступенчатым схемам, но ни одна из них не позволив условиях насыщения кристалла ртутью в подрешетке ла достигнуть 100%-й электрической активности мышьятеллура, к общей концентрации этой примеси. Этот ка при уровнях легирования более 1018 см-3 (см. симворезультат находится в разумном согласии с экспериментальными данными работы [47]. При CAs = 4 · 1018 см-3 лы 1–5 на рис. 7, b). Концентрация дырок увеличивалась с ростом температуры первого (активационного) отжига конверсия ЭС толщиной 4 мкм должна занимать около от 350 до 400C, но затем выходила на насыщение и 640 с, что в свою очередь находится в разумном согласии не изменялась при дальнейшем повышении температуры с данными работы [69], где время конверсии составило до 460C (температура второго, стехиометрического, около 300 с. Кроме того, предложенная в [67] концепция отжига составляла 245C). Увеличение состава твердого нашла подтверждение в работе [59], где было проведено раствора с x = 0.2 до x = 0.6 существенно затрудняло исследование легирования КРТ мышьяком при ЖФЭ как активацию.

из Te-, так и Hg-угла фазовой диаграммы. После роста Заметим, что существует и иная концепция объясЭС приводились в равновесие при температуре 400C нения поведения As в ЭС КРТ, выращенных МПЭ.

и давлениях паров Hg pHg от 0.007 до 2 атм (условия В рамках этой концепции считается, что при типичных насыщения теллуром и ртутью соответственно). Затем условиях МПЭ As входит в КРТ в качестве донорных ЭС отжигались при низкой температуре (225C) для тетрамеров As4, а не дефектов типа AsHg. При этом при аннигиляции оставшихся после первого отжига ваканCAs > 1017 см-3 предполагается образование кластеров сий ртути. Полученные по измерениям электрических таких тетрамеров [56,57,70]. В экспериментах [56] низсвойств данные были использованы для определения котемпературный (250C) отжиг материала не менял константы реакции (9) KAs(T ), определяющей равновеего n-тип проводимости и при изменении CAs от сие между атомами As, находящимися в подрешетках до 1017 см-3 концентрация электронов оставалась на халькогена и металла, по соотношению уровне 1015 см-3 (см. символы 9 на рис. 7, a) и имела AsTe температурную зависимость, характерную для сильно = p2 KAs(T ), (11) компенсированного материала n-типа. Этот факт, по AsHg Hg мнению авторов [56], указывает на то, что природа так как модель [67] дает следующее выражение для донорных центров в этом случае не была связана с концентрации носителей заряда: атомами As. При изменении CAs от 1017 до 1020 см-концентрация электронов росла, составляя 2% от CAs.

NA - ND KAsp2 - Hg Это, согласно [56], и указывало на внедрение As в =, (12) решетку КРТ в виде тетрамера, где два атома примеси CAs KAsp2 + Hg замещали атомы Hg и Te, а еще два оставались в где величины NA [AsTe], ND [AsHg]. Результаты из- междоузлиях. При CAs < 2 · 1018 см-3 для 100%-й акмерений показали, что после отжигов все ЭС обладали тивации As было достаточно отжига при 300C. При p-типом проводимости — даже те, что были приведены более высоких значениях CAs только отжиг при темв равновесие в условиях насыщения теллуром, хотя пературах 450C мог разорвать связи в тетрамерконцентрация акцепторов и падала с уменьшением pHg. ных кластерах и высвободить атомы As, обеспечив их Полученная авторами экспериментальная зависимость электрическую активность. Отметим, что эта концепция Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 14 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский была вначале разработана теоретически [70], а затем, как предполагалось, подтверждена экспериментально [56], но пока не нашла подтверждений в работах других авторов. Успешное легирование КРТ мышьяком с помощью источника с разложителем, описанное выше, очевидно, позволяет решить проблему вхождения As в КРТ в виде тетрамеров, если данная проблема существует.

На рис. 7, a обобщены данные по электрической активности мышьяка, взятые из различных работ. Проблемы активации As при умеренных уровнях легирования (< 1018 см-3) в МПЭ-КРТ были обсуждены выше. В ЭС, выращенных методом ГФЭ МОС, о достижении 100%-й активация мышьяка при CAs 7 · 1017 см-3 сообщалось в [43,45]. Анализ ранних работ по легированию мышьяком ГФЭ-МОС-КРТ проведен в обзоре [36], где пока- Рис. 8. Расчетные и экспериментальные зависимости времени жизни неосновных носителей заряда ( ) в КРТ p-типа зано, что активация мышьяка в ЭС, выращенных этим проводимости от концентрации дырок p CAs (T = 80 K).

методом, не представляет особой проблемы ввиду шиДанные (1–5) —из работы[74]: 1 — x 0.2, легирование Au;

роких возможностей выбора прекурсора, содержащего 2 — x 0.3, легирование As; 3 — x 0.3, легирование примесь. Что касается высоких уровней легирования, то Au; 4 — расчет для x 0.2; 5 — расчет для x 0.3.

во всех случаях, когда такие исследования проводились, Данные (6–9) — из работы [32]: 6, 7 — легирование As, как отмечено выше, наблюдалось существенное падение температура активационного отжига Tann, C: 6 — 370; 7 — электрической активности As при CAs > 2 · 1018 см-3.

430; 8, 9 — легирование As2, Tann, C: 8 — 370, 9 — 430.

Эта тенденция, ясно прослеживаемая на рис. 7, a, b, отПрямые (10–12) — расчет, работы: 10, 11 — [33], 12 — [73];

мечалась и авторами тех работ, где при низких уровнях линии 10, 12 —, ограниченное безызлучательной рекомбиналегирования авторам удавалось добиться 100%-й актицией; 11 — излучательной. 13 — ГФЭ МОС, легирование As, вации As. В качестве причин падения электрической акКРТ с x = 0.29 [46].

тивности назывались эффекты самокомпенсации [47,54], а также достижение при CAs 2 · 1018 см-3 уровня „растворимости“ As в анионной подрешетке [56]. Предполаченного ГФЭ МОС, легирование As приводило к обрагается, что при превышении этого уровня введенный в зованию мелких акцепторных уровней с энергией 11.КРТ As может встраиваться только в узлы катиона, или и 3.2 мэВ[46].

образовывать нейтральные комплексы, и не может быть Точное определение глубины залегания акцепторного активирован как акцептор в принципе [47,71]. Таким уровня в запрещенной зоне является важной задачей образом, несмотря на то, что CAs может достигать в еще и потому, что величина Ea входит в выражения для КРТ величины 4 · 1020 см-3 при выращении материала расчета времени жизни носителей заряда, являющегометодом МПЭ с использованием источника с разложися важной характеристикой материала, предназначеннотелем [63] и величины 1020 см-3 при диффузионном го для использования в приборных структурах. Для КРТ легировании [61], концентрация дырок в легированном p-типа проводимости в последнее время были произвематериале не превышает 1018 см-3.

дены уточненные расчеты времени жизни, ограниченноЧто касается электрических свойств КРТ, легированго безызлучательной рекомбинацией [73]. Так, на рис. ного As, то полученные в последнее время результаты представлены расчетные зависимости времени жизни в целом подтвердили ранее накопленные знания. В частнеосновных носителей в КРТ p-типа от концентрации ности, анализ данных по температурной зависимости кодырок для механизмов безызлучательной рекомбинации эффициента Холла RH в МПЭ-КРТ, выращенном на подпри 80 K (кривые 4, 5, 10–12). На этом же рисунке приложках CdZnTe(211)B, подтвердил, что электрически акведены экспериментальные данные из ряда последних тивный мышьяк является мелким акцептором с энергией работ по легированию КРТ As (символы 2, 6–9). Видно, залегания уровня Ea < 10 мэВ [53,57]. Полученные данчто полученная авторами [73] расчетная кривая 12 дает ные по Ea в ЭС составов x = 0.23-0.37 с концентрацией активированного мышьяка от 3.3 · 1016 до 2.7 · 1017 см-3 значения почти на порядок выше, нежели данные расчетов 10, проведенных ранее [33], и гораздо лучше находились в хорошем согласии с ранее полученной согласуется с экспериментом. Тем не менее обращает на эмпирической зависимостью между Ea, x и NA [72]:

себя внимание тот факт, что в ряде работ наблюдались 1/величины, существенно превосходившие расчетные Ea [мэВ] =42x + 1.36 - 1.4 · 10-5NA. (13) значения (см. символы 6 и 7 на рис. 8). Традиционным В работе [47] для МПЭ-КРТ было получено значе- объяснением подобного феномена является предполоние Ea = 5.4 мэВ, а в [54] для ЭС с x = 0.31 и жение о существовании эффекта переизлучения или NA = 1.96 · 1016 см-3 — Ea = 15 мэВ. Для КРТ, полу- остаточной фотопроводимости, связанной с захватом на Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Легирование эпитаксиальных слоев и гетероструктур на основе HgCdTe... ловушки („прилипанием“). В настоящее время предпринимаются попытки детального анализа этого явления, поскольку существование неконтролируемых ловушек в материале, безусловно, нежелательно. В частности, в работе [32] исследовались температурные зависимости времени жизни носителей в КРТ, легированном As, и был выявлен „нехарактерный“ ход этой зависимости.

Кривая 1 на рис. 9 представляет „классическое“ поведение зависимости (T ) для легированных образцов КРТ p-типа проводимости, взятое из работы [6]. В то же время кривая 2 представляет данные по зависимости (T ), измеренной по релаксации фотопроводимости для образцов МПЭ КРТ с x = 0.3, легированных As, по данным [32]. Здесь можно выделить три участка с разным поведением (T ). При высоких температурах время жизни резко падает с увеличением температуры, приблизиРис. 9. Температурные зависимости времени жизни неосновтельно как 1/n2, что говорит о доминировании процесi ных носителей заряда в образцах МПЭ-КРТ, легированных мысов собственной оже-рекомбинации. При низких темпешьяком: 1 — x 0.22, ND 1016 см-3 [6]; 2 — x 0.31 [32];

ратурах растет с уменьшением T как 1/p2, что также 3 — x 0.3, легирование из источника с разложителем [32].

свидетельствует в пользу безызлучательной рекомбинаТочками показаны расчетные зависимости 1/n2 при высоi ции, в данном случае — для носителей, обусловленных ких температурах и 1/ p2 —при низких.

введенной легирующей примесью. Плато на кривой (T ) в таком случае также было бы логично объяснить вкладом оже-рекомбинации, поскольку изменение контребуют более глубокой экспериментальной базы, но центрации носителей в этом температурном диапазоне если они верны, то для активации As в МПЭ-КРТ могут (50-200 K), по данным измерений RH, действительно потребоваться новые схемы отжигов, которые должны было незначительным. Однако данные рис. 8, а именно будут исключить существование „побочных“ дефектов существование образцов с величинами, существенно после окончания процедуры активации.

превышающими расчетные (символы 6 и 7), говорят о Еще один „нетипичный“ ход зависимости (T ) наболее сложной картине наблюдаемых явлений. Как уже блюдался авторами [32] в образцах КРТ, легированных говорилось, подобная картина может быть объяснена As с использованием источника с разложителем. Зназахватом неравновесных носителей на ловушки, причем чения для этих образцов при 80 K давали вполне существование последних может быть связано именно разумное согласие с расчетами, учитывавшими безызлусо сложным механизмом активации As в КРТ [32].

чательные механизмы (так называемый процесс CHHL) В частности, как отмечалось выше, переход атомов и механизмы рекомбинации Шокли–Рида, однако ход As из подрешетки металла в подрешетку халькогена температурной зависимости существенно отличался от сопровождается созданием „побочных продуктов реакции“, т. е. дефектов типа Tei, TeHg, комплексов TeHg-VHg классического. Как следует из кривой 3 на рис. 9, величина при комнатной температуре была весьма и т. п. Хотя большинство из них должно исчезать в ходе большой, однако с понижением температуры уменьшареакций, происходящих в процессе активационного и лась почти на порядок. Такой ход (T ) не может быть стехиометрического отжига, для сильно легированных описан ни в рамках рассмотрения процесса CHHL, ни образцов скорость аннигиляции этих дефектов может с привлечением рекомбинации Шокли–Рида. При этом быть кинетически ограниченной, и часть из них может резкий рост зависимости (T ) при T < 50 K, очевидно, оставаться в кристалле и после завершения отжигов.

указывал на вымораживание носителей. На сегодняшний Эти дефекты и могут служить ловушками для фотовоздень не существует удовлетворительного объяснения бужденных носителей. В предположении, что эти дефекповедению (T ) в этих образцах, поэтому единственный ты имеют симметрию s-типа, захват электронов на них вывод, который можно сделать, состоит в том, что должен приводить к уменьшению величины интеграла использование источника с разложителем при выращиперекрытия волновых функций зон проводимости и вавании легированных As ЭС КРТ требует тщательного лентной, а следовательно, и скорости оже-рекомбинации.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.