WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1 „Необычная“ остаточная фотопроводимость в квантовой яме InAs/AlSb © Ю.Г. Садофьев¶, A. Ramamoorthy, J.P. Bird, S.R. Johnson, Y.-H. Zhang Department of Electrical Engineering & Center for Solid State Electronics Research, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5706, USA (Получена 1 июня 2004 г. Принята к печати 16 июня 2004 г.) Продемонстрированы необычные особенности остаточной фотопроводимости в квантовой структуре InAs/AlSb, снабженной обратным затвором. Отрицательная остаточная фотопроводимость позволила уменьшить концентрацию электронов на один полный порядок величины от 6 · 1011 см-2. Это наибольшее изменение концентрации электронов для данного эффекта. В дополнение к сильной остаточной отрицательной фотопроводимости наблюдалась бистабильность релаксации сопротивления структуры при ее освещении квантами из видимой области спектра. Данные явления приписаны влиянию тонкой пленки германия, осажденной на поверхность структуры перед фотолитографией и формирующей область накопления дырок в слое GaSb из последовательности расположенных над квантовой ямой слоев Ge/GaSb/AlSb. Инфракрасное излучение инициирует биения осцилляций Шубникова-де-Гааза в области низких магнитных полей. Мы считаем, что эти биения обусловлены спиновым расщеплением в нулевом магнитном поле за счет асимметрии потенциального профиля квантовой ямы, индуцированной длительным освещением структуры.

Квантовые ямы (КЯ) в системе InAs/AlSb являются яме. Последующая рекомбинация двумерных электропривлекательным объектом для изготовления приборов нов КЯ с неравновесными дырками уменьшает конценсреднего инфракрасного диапазона и сверхбыстродей- трацию первых. Это приводит к отрицательной остаствующих транзисторов. Близость параметров кристал- точной фотопроводимости (ООФП) (negative persistent лических решеток InAs и AlSb позволяет получать глад- photoconductivity, NPPC). Возможна также генерация кие границы раздела слоев, вследствие чего рассеяниe электронно-дырочных пар в покровном слое GaSb, обычна шероховатостях микрорельефа невелико. В сочетании но используемом для предотвращения контакта химис малой эффективной массой электронов в InAs и чески нестабильного AlSb с влагой, содержащейся в высоким ( 1.35 эВ) значением потенциального барьера воздухе. Пороговая энергия для переноса дырок из GaSb для электронов на границе InAs/AlSb это обусловливает к квантовой яме определяется суммой ширины запревозможность достижения подвижности электронов на щенной зоны GaSb (0.81 эВ) и величины разрыва валентуровне 30 000 и 900 000 см2/В · с при температурах ной зоны на границе раздела GaSb/AlSb ( 0.35 эВ) [3].

и 4.2 K соответственно [1]. Большое значение g-фактора Перезарядка глубоких донорных и акцепторных уровэлектронов в монокристаллах InAs (-15) позволяет ней, локализованных по энергии вблизи первой подиспользовать обусловленную спином степень свободы зоны размерного квантования для электронов, также также и для разработки приборов спинтроники.

может инициировать эффект ООФП [4]. Более детальИзвестно, что нелегированные квантовые ямы ная информация о спектральных зависимостях остаточInAs/AlSb имеют довольно высокую концентрацию двуной фотопроводимости „обычного“ вида в структурах мерных электронов ( 1 · 1012 см-2). Одной из спеInAs/AlSb приведена в [5].

цифических особенностей рассматриваемой структуВ данной работе будут рассмотрены некоторые ры является биполярность остаточной фотопроводинеобычные для структур данного типа особенности бимости при низких температурах [2,3]. В инфракрасполярной остаточной фотопроводимости, обнаруженные ной области спектра наблюдается положительная останами в структуре с КЯ InAs/AlSb, выращенной на подточная фотопроводимость (ПОФП) (positive persistent ложке n+-GaAs ориентации (100). Цель эксперимента photoconductivity, PPPC). Увеличение концентрации заключалась в использовании n+-GaAs в качестве обратэлектронов в InAs связывают с ионизацией глубоких ного затвора, позволяющего управлять концентрацией доноров, локализованных в барьерных слоях и поставляэлектронов в КЯ и не препятствующего проникновению ющих электроны в КЯ. В течение длительного времени квантов излучения в активную часть структуры.

после освещения новое значение концентрации двумерНа подложке методом эпитаксиии из молекулярных ных электронов сохраняется практически неизменным.

пучков была выращена составная буферная область, Кванты с энергией, превышающей ширину непрявключающая в себя 0.5 мкм AlAs, 2.5 мкм AlSb и 25 пемой запрещенной зоны AlSb, которая равна 1.69 эВ, риодов сверхрешетки AlSb (2.5 нм)/GaSb(1.5 нм). Комбимогут генерировать электронно-дырочные пары в банация слоев выбрана для снижения шероховатости порьерах AlSb. Встроенное электрическое поле гетероверхности и плотности протяженных дефектов структуструктуры способствует переносу дырок к квантовой ры, обусловленных существенным различием периодов ¶ E-mail: sadofyev@hotmail.com кристаллических решеток арсенидов индия и галлия.

„Необычная“ остаточная фотопроводимость в квантовой яме InAs/AlSb Слой арсенида алюминия создает потенциальный барьер для переноса дырок, что позволяет понизить ток утечки обратного затвора. Активная часть структуры состояла из нижнего барьера AlSb толщиной 25 нм, КЯ InAs шириной 15 нм, верхнего барьера AlSb и защитного слоя GaSb с толщинами 40 и 6 нм соответственно. На обратную сторону подложки после эпитаксии напыляли композицию металлов AuGe/Ni/Au для формирования омического контакта. На лицевой стороне структуры с помощью фотолитографии и травления мезы формировали двойные холловские кресты для последующих измерений магнетосопротивления и эффекта Холла.

В геометрии, используемой для измерения поперечного магнетосопротивления xx, отношение длины образца между потенциальными зондами l к его ширине w было равно 5 при w = 70 мкм. Боковые стороны и периферия мезы были покрыты пленкой нитрида кремния, осажденной при температуре 50C химическим парофазным осаждением в плазме радиочастотного разряда. Невплавленные омические контакты к контактным площадкам холловского креста получали термическим напылением комбинации металлов Cr/Au непосредственно на поверхность слоя квантовой ямы после селективного травления расположенных выше слоев.

Используемые при фотолитографии проявители активно травят антимониды галлия и алюминия. Поэтому перед нанесением фоторезиста на поверхность структуры термическим испарением в вакууме напыляли пленку аморфного германия толщиной 10 нм. Эта пленка эффективно препятствовала травлению расположенных ниже слоев проявителем. При температуре жидкого гелия, Рис. 1. Влияние импульсного освещения красным (a) и гоиспользованной для исследования транспортных свойств лубым (b) светодиодами на магнетосопротивление квантовой образца, электрическое сопротивление слоя Ge много ямы InAs/AlSb при температуре 4.2 K и нулевом напряжении больше сопротивления квантовой ямы, и какие-либо на обратном затворе. a: 1 — исходная кривая; (2–5) — проявления шунтирования активной части структуры величина тока через красный светодиод 0.5, 1.3, 30 и 100 мкА соответственно. b: 1–4 — величина тока через голубой светоотсутствуют. Пленку германия удаляли с незащищенных диод 0.1, 0.15, 5 и 50 мкА соответственно. В скобках указаны фоторезистом участков структуры неселективным травизначения, на которые кривые смещены по оси ординат.

телем на основе фосфорной кислоты, применяемым для формирования мезы. Различие скоростей травления AlSb и GaSb позволяло использовать сверхрешетку в качестве стабильного дна мезы.

После охлаждения структуры до температуры 4.2 K Контактные площадки холловского креста соединяподвижность электронов в КЯ была равна ли ультразвуковой сваркой с выводами стандартного µ = 110 000 см2/В · с при слоевой концентрации ns = держателя кристалла интегральной схемы. Рядом с = 6 · 1011 см-2. Глубина модуляции слоевой концентраполученным прибором располагали светодиоды, излу- ции за счет эффекта поля при ненулевом напряжении на чающие в красной, голубой и инфракрасной (длина затворе составляла 25% от первоначального значения.

волны = 0.97 мкм) областях спектра. Исследование Приложенный к обратному затвору отрицательный транспортных свойств двумерного газа электронов в КЯ потенциал (VG) приводил к обеднению квантовой ямы проводили в магнитных полях от 0 до 8 Тл. Интенсив- электронами. Противоположный эффект имел место ность освещения структуры устанавливали с помощью при смене знака потенциала затвора. Кратковременное прецизионного источника питания, позволяющего фик- (несколько десятков секунд) освещение структуры сировать заданный уровень тока через светодиод. На- квантами из видимой области спектра приводило пряжения смещения на обратном затворе выбирали так, к росту электрического сопротивления образца и чтобы ток утечки через структуру не превышал 10 нА. уменьшению концентрации двумерных электронов. На Этот уровень тока затвора не вносил искажений в рис. 1 представлено изменение магнетосопротивления результаты измерений. образца при различных интенсивностях освещения Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 108 Ю.Г. Садофьев, A. Ramamoorthy, J.P. Bird, S.R. Johnson, Y.-H. Zhang структуры красным и голубым светодиодами. Кривые были измерены спустя 30 мин после освещения, когда релаксация уже не меняла заметным образом свойства структуры в процессе измерения. Слоевая концентрация электронов ns может быть определена из периода осцилляций Шубникова-де-Гааза (ШдГ) в обратном магнитном поле.

Из рис. 1, a следует, что освещение квантами из красной области спектра, соответствующими непрямой запрещенной зоне барьерных слоев AlSb, позволяет уменьшить слоевую концентрацию электронов в КЯ InAs за счет ООФП в 3 раза от первоначального значения. Дальнейшее увеличение интенсивности освещения (величины электрического тока через светодиод) не приводит к усилению ООФП для данной энергии Рис. 2. Влияние освещения голубым светодиодом на сопроквантов.

тивление структуры в нулевом магнитном поле. На вставке — Эффект ООФП существенно усиливается при осведолговременный участок релаксации сопротивления к метащении структуры квантами из голубой области спектра стабильному насыщенному значению Rsat, характеризуемый (рис. 1, b), энергия которых превышает ширину прямой единственной постоянной времени.

запрещенной зоны AlSb (EG = 2.35 эВ [6]). Причиной этого является резкое различие величин коэффициента поглощения (и эффективности генерации электронединственную постоянную времени, близкую к 7700 с.

но-дырочных пар) для квантов с энергиями, соответствуДанный процесс не может быть связан с перезарядкой ющими непрямой или прямой запрещенным зонам маповерхностных состояний на той или иной границе териала барьеров. Максимальное насыщенное значение раздела структуры. Для поверхностных состояний харакООФП достигается при токе через голубой светодиод терно широкое распределение их плотности по энергии, на уровне 50 мкА. При этом величина ns составляет неизбежно приводящее к появлению набора времен 6 · 1010 см-2, что на порядок ниже исходного значения релаксации. Наблюдаемый эффект является обратимым.

слоевой концентрации. Насколько нам известно, это Структура возвращается к первоначальному состоянию максимальное изменение концентрации электронов, свяпосле нагрева до комнатной температуры и повторзанное с ООФП, в квантовых ямах такого типа. Для КЯ ного охлаждения. Отметим, что столь длительный и InAs/AlSb типичная величина коэффициента понижения необычный релаксационный процесс не был обнаружен слоевой концентрации электронов за счет ООФП близка в выращенных нами структурах, не содержащих слоя к 2 [2], а максимальное из достигнутых ранее значений германия над защитным слоем GaSb.

равно 5 [7].

Известно [6], что на контакте GaSb/GaAs дно зоны Данные, приведенные на рис. 1, получены при нулевом напряжении на затворе. При приложении внешнего на- проводимости EC GaSb расположено на 0.1 эВ выше, чем соответствующий энергетический уровень для GaAs пряжения характер влияния знака потенциала на затворе (второй тип зонной диаграммы). Гетеропереход межна концентрацию электронов в КЯ был тем же, что и до ду монокристаллическими слоями Ge и GaAs имеосвещения структуры.

ет структуру энергетических зон первого типа, и EC Особый интерес представляет необычный характер релаксации сопротивления образца в нулевом магнит- германия смещено на 0.07-0.4эВ вниз относительном поле после выключения светодиода. Как показа- но EC арсенида галлия [8]. Монокристаллические Ge и GaSb имеют практически совпадающие значения шино на рис. 2, в процессе освещения сопротивление рины запрещенной зоны при температуре жидкого гедостигает некоторого характерного для используемой лия ( 0.8эВ). Для аморфного германия эта величина интенсивности света значения, много большего, чем исходное. После выключения светодиода сопротивление несколько выше, чем для монокристаллического. Тем образца релаксирует не к исходной величине, а в сто- не менее можно предполагать, что последовательность рону дальнейшего увеличения сопротивления. В этом слоев Ge/GaSb/AlSb, расположенных над КЯ InAs, форслучае можно говорить о некотором новом квазистаци- мирует квантовую яму для дырок в слое GaSb. Дыронарном состоянии, создаваемом освещением структу- ки, накопленные в GaSb при освещении образца, моры, которое формирует мощный „аттрактор“ электро- гут впоследствии преодолеть утоньшенный встроенным нов из квантовой ямы. Длительное ( 10 ч) измерение электрическим полем потенциальный барьер из AlSb, релаксационного процесса позволило установить, что дрейфовать к квантовой яме InAs и рекомбинировать долговременная релаксация сопротивления (разность с двумерным электронным газом. Такая рекомбинация между установившимся в результате релаксации Rsat и пространственно разделенных носителей заряда может текущим значением сопротивления R, Rsat - R) имеет быть причиной усиления эффекта ООФП и длительного Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. „Необычная“ остаточная фотопроводимость в квантовой яме InAs/AlSb тосопротивления, соответствующих нулевому, положительному и отрицательному потенциалам на обратном затворе. Биения наблюдаются и после выключения светодиода при измерении кривых магнетосопротивления для различных потенциалов на затворе. Мы можем определенно говорить о сохранении индуцированных ИК излучением биений осцилляций ШдГ в течение 10 ч после освещения. Более детальные наблюдения не проводились.

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.