WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

слоя можно воспользоваться формулами больцмановскоКак видно из рис. 5, a, под действием света в средней го распределения части буферного слоя (0.3 < x < 0.65 мкм) происходит освобождение EL2-центров от электронов и накаплиn = n0 exp{e(x)/kBT}, p = p0 exp{-e(x)/kBT }, (3) вается фотоиндуцированный положительный заряд. На где n0 и p0 — концентрации электронов и дырок вдали крае слоя пространственного заряда (x > 0.7мкм) от гетерограницы, соотношение между которыми опре- EL2-центры заселяются электронами, здесь накапливается отрицательный заряд. Неравновесный заряд, наделяется из условия электронейтральности копленный в буфере, компенсируется неравновесными n0 + Na - Nt+(n0, p0) - p0 = 0. (4) электронами в квантовой яме и, таким образом, проявляется в фотопроводимости. При выключении освещения Концентрация n0, неосновных носителей заряда, опре- неравновесный заряд в буфере релаксирует следующим деляется эффективным временем жизни и, следователь- образом. Положительный заряд нейтрализуется электроно, зависит как от темпа рекомбинации на границе с нами, которые забрасываются из квантовой ямы в буфер подложкой, так и от переноса электронов в плоскости и захватываются EL2-центрами. При этом реализуется гетероструктуры к токовым контактам. Далее величина широкий спектр энергий активации, поэтому при реn0 варьируется и подбирается таким образом, чтобы лаксации положительной остаточной проводимости не достичь лучшего соответствия с измерениями. При за- наблюдается определенного значения энергии активации.

данном n0 из уравнения (4) определяется p0, и таким Релаксация отрицательного заряда, ответственного за образом находятся квазиуровни Ферми.

ООФП, происходит путем термического выброса элекДвумерный электронный газ в квантовой яме при тронов с EL2-центров в зону проводимости. Энергия решении уравнения Пуассона моделируется слоем тол- активации этого процесса больше, чем энергия теплощиной d с равномерно распределенной плотностью вых забросов из квантовой ямы, поэтому он более электронов. Поверхностная концентрация электронов ns медленный. Характерное время релаксации ООФП опреопределялась с учетом заполнения первого квантового деляется величиной en, которая согласно расчетам при Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № 72 В.И. Борисов, В.А. Сабликов, И.В. Борисова, А.И. Чмиль Рис. 5. Изменение заселенности EL2-центров ft по толщине буферного слоя x при освещении (сплошная линия) и в темноте (штриховая). a: Nt = 1.3 · 1015 см-3, n0 = 102 см-3, h = 1.33 эВ. b: Nt = 1.3 · 1015 см-3, n0 = 108 см-3, h = 1.33 эВ. c:

Nt = 1.0 · 1015 см-3, n0 = 102 см-3, h = 1.33 эВ. d: Nt = 1.3 · 1015 см-3, n0 = 102 см-3, h = 1.0 эВ. Во всех случаях Na = 1.5 · 1015 см-3, T = 250 K.

T = 250 K равна 7·10-5 с-1, что близко к наблюдаемому Значительное изменение эффекта ООФП происховремени релаксации. дит при изменении отношения сечений ионизации EL2-центров. Так, увеличение отношения p/n привоВеличина положительного и отрицательного зарядов, накопленных на глубоких центрах при освещении, позво- дит к увеличению ООФП. Эта ситуация иллюстрируется рис. 5, d, где приведены результаты расчета заселенности ляет оценить величину положительной и отрицательной остаточной фотопроводимости, которая может наблю- центров при засветке излучением с h = 1.0эВ.

даться экспериментально. Так, согласно рис. 5, a, поверхностная концентрация накопленного положительно5. Низкотемпературная ООФП го заряда составляет 2.4 · 1010 см-2, а отрицательного (перезарядка DX-центров) 2 · 109 см-2. Если учесть, что равновесная концентрация двумерных электронов 5 · 1011 см-2, то положиРелаксация фотопроводимости при температуре ниже тельная остаточная фотопроводимость составляет 5% от равновесной проводимости, а ООФП 0.5%, что со- 180 K происходит качественно подобно рассмотренному выше случаю EL2-центров (рис. 2, b). Количественное ответствует эксперименту. Здесь необходимо заметить, что такое соотношение между величинами положитель- отличие состоит прежде всего в том, что при низких темной и отрицательной остаточной фотопроводимости до- пературах проявляется меньшая энергия активации, по величине соответствующая DX-центрам. Другое отличие стигнуто подбором степени компенсации, т. е. отношения заключается в большем, по сравнению с EL2-центрами, Nt/Na, и концентрации электронов n0. Если n0 сильно количестве дефектов в слое AlGaAs и, соответственно, увеличить, от 102 (см. рис. 5, a) до 108 см-3, то ООФП большей оостаточной фотопроводимости.

сократится более чем на порядок (см. рис. 5, b). Тот факт, что концентрация неравновесных электронов в объеме Основные особенности кинетики спада фотопроводибуферного слоя оказывается очень малой, означает, что мости /0 в низкотемпературной области видны из в структуре, по-видимому, реализуется режим короткого рис. 6, где показана релаксация при межзонном и примесзамыкания для потенциального барьера в буферном слое. ном фотовозбуждении. Как видно, увеличение энергии Это связано с тем, что контакты, с помощью которых квантов и, соответственно, коэффициента поглощения измеряется фототок, замыкают тыльную (граничащую света приводит не к увеличению фотопроводимости, что с подложкой) поверхность буфера и слой двумерных естественно было бы ожидать, а к уменьшению. Это электронов. Уменьшение степени компенсации (сниже- означает, что фотопроводимость обусловлена в основном ние отношения Nt/Na) также приводит к заметному примесным поглощением. При h = 1.33 эВ провоснижению величины ООФП (см. рис. 5, c). димость оказывается больше благодаря тому, что свет Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № Перезарядка центров с глубокими уровнями и отрицательная остаточная фотопроводимость... DX--центры свяжут больше электронов, чем было генерировано светом. В результате квазиуровень Ферми электронов в AlGaAs понизится, что приведет к перетеканию электронов из квантовой ямы в слой AlGaAs. Таким образом возникает ООФП, которая релаксирует по мере термической ионизации DX0-состояний. К сожалению, имеющиеся в настоящее время данные о процессах фотовозбуждения и релаксации состояний DX-центров не позволяют провести количественный анализ этого механизма ООФП.

6. Заключение Исследование кинетики релаксации фотопроводимости в диапазоне температур 80300 K и в спектральном интервале возбуждающего света 0.62.1 эВ приводит к следующим результатам.

1. В селективно легированных гетероструктурах AlGaAs / GaAs имеются два процесса, приводящие к отрицательной остаточной фотопроводимости. Один из них реализуется в области температур 180300 K; он обусловлен перезарядкой EL2-центров. Другой наблюдаРис. 6. Релаксация фотопроводимости при примесном ется в низкотемпературной области (ниже 180 K). Он h = 1.33 эВ (1) и межзонном h = 1.97 эВ (2) освещении.

связан с возбужденными состояниями DX-центров.

T = 160 K.

2. Фотоиндуцированная перезарядка глубоких центров может приводить к накоплению как положительного, так и отрицательного зарядов и таким образом вызывать соответственно положительную и отрицательную остапроникает в образец глубже и вызывает ионизацию точную фотопроводимость.

EL2-центров в большей части слоя пространственного заряда. При этом вклад EL2-центров в фотопроводимость 3. Положительные и отрицательные заряды примесных очень слабо зависит от времени, поскольку темпера- центров накапливаются в разных частях буферного слоя тура низкая. Следовательно, немонотонная релаксация гетероструктуры и характеризуются разными временафотопроводимости на рис. 6 обусловлена перезарядкой ми релаксации, к тому же по-разному зависящими от примесей в слое AlGaAs, где основными дефектами температуры. Это приводит к немонотонным временным являются DX-центры. и температурным зависимостям остаточной фотопроОсновным эффектом перезарядки DX-центров при не водимости.

очень низких температурах ( 150 K) является ООФП, Настоящая работа выполнена при поддержке Роскоторая, насколько нам известно, до сих пор не обсуждасийского фонда фундаментальных исследований (грант лась. Мы предполагаем, что эффект ООФП в этом случае № 97-02-17999).

связан с метастабильными возбужденными состояниями DX-центров. Известно, что DX-центры могут находиться в основном (однократно заряженном) состоянии DX-, Список литературы нейтральном состоянии DX0 (в которое они переходят при однократной фотоионизации) и ионизованном со- [1] T. Hariu, T. Sato, H. Komori, K. Matsushita. J. Appl. Phys., стоянии DX+, из которого в результате решеточной ре- 61, 1068 (1987).

[2] A. Kitagawa, A. Usami, T. Wada, Yu. Tokuda, H. Kano. J.

лаксации DX-центры переходят в состояние N+ мелкого Appl. Phys., 61, 1215 (1987).

донорного центра [3,10]. При этом установлено [10], [3] P.M. Mooney, T.N. Theis. Comm. Cond. Matt. Phys., 16, что имеется большой энергетический барьер для терми(1992).

ческой ионизации DX0-состояний в состояние N+, так [4] M.J. Chou, D.C. Tsui, G. Weimann. Appl. Phys. Lett., 47, что при фотовозбуждении DX--состояний происходит (1985).

накопление центров в состояниях DX0, на которых име[5] H. Peterson, H.J. Grimmeiss, A.L. Powell, C.C. Button, ется по одному электрону. После выключения освещения J.S. Roberts, P.I. Rockett. J. Appl. Phys., 74, 5596 (1993).

свободные электроны начинают захватываться дефекта[6] A.J. Shields, J.L. Osborne, M.J. Simmons, D.A. Ritchie, ми, образуя DX--центры. Если предположить, что этот M. Pepper. Semicond. Sci. Technol., 4, 890 (1996).

процесс захвата идет быстрее, чем термическая иони- [7] P. Silverberg, P. Oming, L. Samuelson. Appl. Phys. Lett., 52, зация неравновесных DX0-состояний, то образующиеся 1689 (1988).

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, № 74 В.И. Борисов, В.А. Сабликов, И.В. Борисова, А.И. Чмиль [8] М. Шур. Современные приборы на основе арсенида галлия (М., Мир, 1991). [Пер. с англ.: M. Shur. GaAs Devices and Circuits (N. Y.–London, Plenum Press, 1987)].

[9] J.S. Blakemore. J. Phys. Chem. Sol., 49, 627 (1988).

[10] L. Dobaczewski, P. Kaczor. Phys. Rev. Lett., 66, 68 (1991).

Редактор Л.В. Шаронова Deep-level recharging effect on the photoconductivity relaxation in AlGaAs / GaAs selectively-doped heterostructures V.I. Borisov, V.A. Sablikov, I.V. Borisova, A.I. Chmil’ Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences, 141120 Fryazino, Russia

Abstract

Transient photoconductivity caused by recharging EL2and DX-centers in AlGaAs / GaAs selectively doped heterostructures is investigated in a wide range of temperatures and exciting photon energies. The light-induced recharging of the deep centers is found to result in the accumulation of the both positive and negative localized charges giving rise to positive and negative persistent conductivities, respectively. The positive and negative charges are accumulated in different parts of the heterostructure.

They have different characteristic times with different temperature dependence which results in a non-monotonic behavior of the persistent photoconductivity versus the time and the temperature.

The recharging the EL2-centers in the GaAs buffer layer leads to the negative persistent conductivity in the temperature range 180300 K. The negative persistent conductivity observed at the temperatures below 180 K is caused by the excited states of DX-centers in n+-AlGaAs.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, №

Pages:     | 1 ||



© 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.