WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Центры с глубокими уровнями в карбиде кремния Сопоставление спектров DLTS и спектров ЭЛ образ- аналогичными свойствами [154, 171]. Поскольку такая цов 6H-SiC Al, N показало однозначную связь пиков люминесценция возникает в результате облучения или C и D с наличием в этих образцах ГЦ HK1 и HK2. при внедрении в SiC различных типов ионов, предполагалось, что центр — активатор люминесценции имеет Связь данных ЭЛ пиков с какими-нибудь другими ГЦ либо чисто дефектную структуру [177], либо является отсутствовала. Таким образом можно утверждать, что за комплексом: собственный дефект — атом фоновой приЭЛ в диапазоне энергий 2.5–2.75 эВ в спектре излучения меси [178]. Однако глубокие центры, связанные с этим 6H-SiC Al, N p-n-структур ответственна излучательная дефектом, обнаружены не были.

рекомбинация носителей с участием ГЦ HK1 и HK2.

Позднее, на взгляд авторов [158], произошла неПри этом, если пик D обладает характерными особенкая терминологическая путаница, так как в ряде раностями ДАР, то пик C очевидно обусловлен другими бот [172,173,178] под спектром D1 понимались только Hмеханизмами рекомбинации, например излучательной и L-линии и их фоновые повторения, а в других [179,180] рекомбинации электрона на нейтральном акцепторе.

это название распространялось на весь спектр данной Из расчета температурной зависимости интенсивности люминесценции. В результате, после того как было по формуле (4.6) в [169] был сделан вывод, что большое показано [181], что H- и L-линии можно объяснить соответствие с экспериментом получено для зависиморекомбинацией связанного экситона, часть авторов присти It = F(T ), рассчитанной с учетом параметров писала этому механизму рекомбинации весь спектр, центров HK1.

обнаруженный в работе [170]. С точки зрения автоКак отмечалось выше, спектры ЭЛ образцов SiC Al, N ров [158], это является неверным, так как противоречит сильно отличались в случае больших и малых плотноранее полученным результатам [171,172]. В [158] было стей прямого тока. Возможно, это объясняется наличием предложено оставить название D1 за коротковолновой двух типов спектров, имеющих различные зависимочастью обнаруженного В.В. Макаровым спектра (H- и сти интенсивности от J, т. е. на слабо зависящий от L-линии), а длинноволновую часть данного спектра (шиплотности прямого тока ”фоновый спектр” (возможно, рокую бесструктурную полосу) называть ”дефектная” связанный с центром HK2) накладывались пики C и D электролюминесценция (ДЭЛ). Возможно, что ДЭЛ линейно зависящие от J и связанные с HK1.

и спектр D1 обусловлены рекомбинацией носителей с Авторы работы [169] сделали следующие заключения.

участием ГЦ сходной природы (или даже ГЦ одного 1. Структура спектров ЭЛ образцов SiC Al, N сильно типа), однако конкретные механизмы излучения для зависит от плотности прямого тока. Очевидно, что при обеих частей спектра могут быть различными.

J 1А/см2 иприJ 100 А/см2 спектр ЭЛ определяется Проведенные DLTS-исследования [158,110,182] устаразличными механизмами излучательной рекомбинации.

новили однозначную взаимосвязь ДЭЛ 6H- и 4H-SiC 2. Спектр ЭЛ при J 100 А/см2 можно объяснить изp-n-структур с наличием в этих структурах i-центров.

лучательной рекомбинацией с участием обнаруженного Анализ характеристик ДЭЛ с позиций различных реГЦ HK1 (Ev + 0.22 эВ).

комбинационных механизмов привел авторов [158] к выводу, что основная рекомбинация идет через донорно4.3. ”Дефектная ЭЛ” акцепторные пары типа i-центр–азот. Расчеты, выполненные согласно данной модели по формуле (4.1) с учетом Коротковолновая люминесценция в диапазоне энерпараметров центров, хорошо согласуются с эксперименгий 2.6-2.3 эВ была обнаружена В.В. Макаровым в том, что, однако, не исключает возможности образова1966 г. [170] в кристаллах n-SiC(6H) после их облучения ния у i-центра связанного экситона. Оптические линии, ионами K и Li с последующим отжигом. Спектр люмиобусловленные им, будут находиться в другой области несценции состоял из двух триплетов узких линий (H- и спектра. Отметим также, что наличие трех неэквиваL-линий), расположенных вблизи энергий 2.6 эВ, и шилентных положений в кристаллической решетке SiC как рокой бесструктурной полосы с максимумом излучения для донорных, так и для акцепторных центров может при 2.35 эВ. В работах [171,172] было установлено, что привести к образованию нескольких пар с близкими широкая полоса не является развитием тонкой структупараметрами, каждая из которых будет вносить вклад в ры, и высказано предположение, что она обусловлена суммарный спектр.

излучательной рекомбинацией с участием донорного уровня азота и акцепторного центра, возникающего в 4.4. Связь ”борной” электролюминесценции процессе имплантации. В работе [173] была подробно и D-центров в 6H- и4H-SiC исследована структура H- и L-линий, их температурные зависимости, а сам спектр назван D1.

В [58,157] было обнаружено соответствие между наСпектр D1 был зарегистрирован в SiC после облу- личием в 6H- и 4H-SiC p-n-структурах ”борной” ЭЛ чения электронами [174], нейтронами [175], а также (h 2.14 эВ (6H) и h 2.14 эВ (4H)) и наличием в различными типами ионов [172], что позволило сфор- этих же структурах D-центров, что указывало на участие мировать на основе 6H-SiC, ионно-легированного Al и данного центра в процессе излучательной рекомбинации.

Ga, эффективные светодиоды, излучающие в зеленой Ранее [27,183] было установлено, что высокотемпературобласти спектра [176]. В других политипах SiC об- ная ”борная” ЭЛ в 6H-, 4H- и 3C-SiC обусловлена излучение приводило к возникновению люминесценции с лучательными переходами зона проводимости–акцептор.

2 Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 146 А.А. Лебедев Поэтому авторы [157] при анализе экспериментальных данных по зависимости интенсивности ЭЛ от плотности прямого тока и температуры, а также температурной зависимости времени послесвечения исходили из того, что данная ЭЛ обусловлена излучательной рекомбинацией дырки, захваченной на D-центр, и электрона в зоне проводимости. Полученные на основе формул (4.6) и (4.7) расчеты находились в хорошем соответствии с экспериментом (рис. 9 и 10) для образцов обоих политипов.

Как видно из рисунков, экспериментальные зависимости It = f (P0, T) и = f (T ) обнаруживают все особенности, которые следовали из анализа соответствующих выражений из п. 4.1. Зависимость It = f (P0, T) в области низких температур разбивались на три участка, и с увеличением температуры второй (сублинейный) участок исчезал (рис. 9). Время послесвечения в области низких температур в основном определялось постоянной времени захвата электронов из зоны проводимости, а при высоких — термической ионизацией дырки (рис. 10).

Отметим, однако, что для образцов 6H- и 4H-SiC сумма энергии ионизации D-центра и величины hmax ЭЛ будет меньше, чем ширина запрещенной зоны соотРис. 9. Зависимости интенсивности борной ЭЛ в 6H-SiC от ветствующего политипа. Авторы [58,157] полагали, что плотности прямого тока при различных температурах T, K:

с точки зрения энергетического положения уровней со1 — 300, 2 — 630; сплошные линии — расчет [157].

ответствие ”борной” ЭЛ излучательному переходу электрона из зоны проводимости на D-центр возможно, если сдвиг Франка–Кондона для этого центра будет 0.35 эВ.

В [184] было предложено, что сечение захвата дырок на D-центр имеет сильную температурную зависимость, что приводит к занижению величины реальной энергии ионизации при ее определении из DLT S-спектра. С учетом необходимой коррекции авторы [184] определили энергию ионизации D-центра как Ev + 0.74±0.02 эВ, что снимает отмеченное выше противоречие.

4.5. Электролюминесценция 6H- и4H-SiC p-n-структур при наличии нескольких каналов для излучательной рекомбинации Еще в работах О.В. Лосева отмечалось, что спектр излучения SiC p-n-структур с увеличением плотности прямого тока смещается в коротковолновую область спектра. В [185] было предложено объяснение данного эффекта на основе туннельного механизма протекания тока в SiC p-n-структурах. Для современных SiC p-n-структур, где преобладающим является термоинжекционный механизм тока, предложенное в [185] объяснение, по-видимому, уже не актуально.

В [110,186] были проведены исследования зависимости положения максимума ЭЛ для 4H-SiC ИЛ и ЭС p-n-структур с различной концентрацией нескомпенсированной донорной примеси в базе и различной концентрацией фоновых глубоких акцепторов.

Рис. 10. Зависимость постоянной времени послесвечения борБыло обнаружено, что в СЭ структурах 4H- и 6H-SiC ной ЭЛ в 4H-SiC от обратной температуры: 1 — эксперимент, с увеличением плотности прямого тока наблюдается 2 — расчет с учетом только вклада термической ионизации плавное смещение максимума ЭЛ приблизительно в дырки [58].

диапазоне 2.14–2.35 эВ (6H) и 2.4–2.52 (4H). Емкостная Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Центры с глубокими уровнями в карбиде кремния для hm = f (J) подтверждает правильность определения центров активаторов и рекомбинационных моделей для ДЭЛ и борной ЭЛ в SiC.

5. ГЦ и безызлучательная рекомбинация в SiC 5.1. Влияние глубоких центров на величину диффузионной длины и времени жизни в 6H-SiC p-n-структурах Ранее [188–190] было обнаружено, что время жизни дырок в n-SiC находится в пределах 10-7-10-9 с, а их диффузионная длина — 0.01–1 мкм. Очевидно, что в SiC, как непрямозонном полупроводнике, основная рекомбинация идет с участием ГЦ. Однако центров, которые могли бы определить столь малое время жизни, выявлено не было.

В работах [191,192] была исследована температурная зависимость диффузионной длины дырок в эпитаксиРис. 11. Спектры электролюминесценции СЭ образцов 6H-SiC альных слоях n-6H- и 4H-SiC, полученных различными с малой концентрацией глубоких акцепторных уровней: при технологическими методами. Было обнаружено увеличеразличных плотностях прямого тока при комнатной темперание диффузионной длины (Lp) с ростом температуры.

туре. J, А/см2: 1 —4, 2 — 40, 3 — 120 [169].

Подобная зависимость Lp = f (T ) может быть объяснена участием в рекомбинации либо достаточно мелких уровней, либо отрицательной температурной зависимостью и токовая спектроскопия СЭ позволила обнаружить в сечения захвата носителей на глубокий рекомбинационних i- и D-центры. Как было уже показано, эти ГЦ ный центр.

принимают участие в различных механизмах излучательВ [193] из анализа вольт-амперных характеристик и ной рекомбинации, и интенсивности обусловленной ими величин Lp в 6H-SiC p-n-структурах был сделан выЭЛ по-разному зависят от уровня возбуждения. Поэтому вод, что основная безызлучательная рекомбинация идет в p-n-структурах, полученных сублимационной эпитакс участием многозарядных центров, параметры котосией, спектр ЭЛ является суперпозицией двух полос рых различны в структурах, полученных по различным ЭЛ, соотношение интенсивностей которых (положение технологиям. Однако экспериментально данные центры максимума результирующей полосы hm) зависит от обнаружены не были.

плотности прямого тока, т. е. существует зависимость В [90] высказывалось предположение, что основным hm = f (J). Сделанные в [110,186] расчеты зависимости центром безызлучательной рекомбинации в SiC является hm = f (J) на основе формул (4.6) и (4.11) с учетом ванадий. Данный вывод был основан на обнаруженной параметров и концентраций i- и D-центров находились в обратно пропорциональной зависимости между интенхорошем соответствии с экспериментом.

сивностью ДАР Al–N и интенсивностью люминесценВ [169,187] было показано, что если концентрация ции, связанной с внутрицентровым переходом на центре глубоких акцепторных примесей в базе диода невелика, ванадия, т. е. с увеличением концентрации V гасла интенто при больших плотностях прямого тока появляется сивность донорно-акцепторной рекомбинации. С нашей пик, связанный с рекомбинацией свободного экситона точки зрения, приведенные доказательства не являются (рис. 11). Интенсивность этой полосы (IEx) увеличиваетисчерпывающими, так как на интенсивность ДАР крося с ростом J как IEx =(J)n, где n находилась в диапазоне ме времени жизни носителей может оказать влияние 2.2–2.7 для различных образцов. Такой быстрый рост большое число разнообразных факторов. В том числе и интенсивности экситонной линии может быть связан: 1) с концентрация центров, которая авторами [90] никак не температурным гашением всех полос ЭЛ, кроме эксиопределялась.

тонной; 2) с увеличением диффузионной длины дырок с В [116] было выполнено комплексное исследование ростом температуры (см. п. 5.1).

рекомбинационных характеристик неосновных носитеТаким образом, наблюдавшаяся в некоторых SiC лей тока и параметров ГЦ в 6H-SiC p-n-структурах, p-n-структурах зависимость hm = f (J) может быть объяснена суперпозицией нескольких независимых по- выполненных различными методами. Обработка экспериментальных данных позволила установить, что релаксалос ЭЛ, насыщение которых происходит при различных плотностях прямого тока (различной концентрации ин- ционное время жизни ННЗ (rel) в СЭ структурах равно жектированных дырок). Полученное в [110,186] соответ- примерно 2 нс и в БЖЭ структурах rel = 20-30 нс. Дифствие экспериментальных и теоретических зависимостей фузионная длина ННЗ для БЖЭ и СЭ p-n-структур с 2 Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 148 А.А. Лебедев различным уровнем фонового легирования была опреде- R-центров в CVD слоях 6H-SiC, причем концентрация лена в диапазоне 1.5–0.4 и 0.4–0.05 мкм соответственно. их была на 1–2 порядка ниже в СЭ структурах [82,196].

С учетом параметров обнаруженных ГЦ был сделан На рис. 12 представлена зависимость величины Lp от расчет предполагаемого времени жизни. Результаты расконцентрации S- и R-центров [116], которую мы дополчета времени жизни показали, что единственным уровнили, полученными в ходе данной работы данными по нем, исходя из параметров которого можно объяснить исследованию образцов CVD, а также наиболее чистых наблюдаемое время жизни, является уровень S. При(1015 см-3) слоев СЭ. Как видно из рисунка, обратно мерно на порядок большее значение rel было получено пропорциональная зависимость Lp от концентрации данпри расчете с учетом параметров R-центра. При этом ных уровней сохраняется для всех трех типов образцов.

концентрации R- и S-центров в структурах обоих типов Таким образом, данные центры в настоящее время совпадали. Отмеченная ранее большая величина времени являются наиболее вероятными кандидатами на роль жизни ННЗ в БЖЭ структурах по сравнению с СЭ струк”убийц времени жизни” в 6H-SiC. Для 4H-SiC подобных турами объяснялась меньшей концентрацией ГУ S и R в центров пока не обнаружено.

БЖЭ структурах. Исследование зависимости величины rel и L2 при комнатной температуре от концентрации ГУ p S и R показало, что эти величины находятся в обратно 5.2. Глубокие центры и отрицательный пропорциональной зависимости.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 9 |



© 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.