WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 2 Механизмы рекомбинации неравновесных носителей в эпитаксиальных слоях CdxHg1-xTe (x = 0.20-0.23) ¶ © Д.Г. Икусов, Ф.Ф. Сизов, С.В. Старый, В.В. Тетеркин Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева Национальной академии наук Украины, 03025 Киев, Украина Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 3 февраля 2006 г. Принята к печати 7 апреля 2006 г.) На основании измерений температурных зависимостей фоточувствительности и времени жизни неравновесных носителей в эпитаксиальных слоях CdxHg1-x Te с x = 0.20-0.23 показано, что в пленках n-типа проводимости, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, в области собственной и примесной проводимости доминирует оже-рекомбинация типа CHCC. В то же время в пленках p-типа, выращенных методами жидкофазной и парoфазной эпитаксии, в области примесной проводимости наблюдается конкуренция оже-рекомбинации CHLH и рекомбинации Шокли–Рида. Пленки n-типа, выращенные методом молекулярнолучевой эпитаксии, имеют гораздо меньшую концентрацию рекомбинационных центров по сравнению с пленками p-типа, выращенными методами жидкофазной и парoфазной эпитаксии.

PACS: 72.40.+w, 73.50.Cr 1. Введение пленках КРТ, выращенных различными методами, с целью определения доминирующих рекомбинационных Известно, что характеристики полупроводниковых фомеханизмов.

тодиодов зависят от важного параметра самого полупроводникового материала — времени жизни неравновесных носителей заряда [1,2]. В свою очередь время жизни 2. Эксперимент определяется доминирующими в данном температурном интервале механизмами рекомбинации. Особенно ярко Выполнены измерения температурных зависимостей конкуренция различных механизмов рекомбинации про- времени жизни неравновесных носителей в эпитаксиальявляется в узкощелевых полупроводниках, в частности в ных пленках CdxHg1-x Te с x 0.20-0.23, приготовленсоединении CdxHg1-x Te (КРТ). Здесь из-за малой шири- ных методами молекулярно-лучевой (МЛЭ), парофазной ны запрещенной зоны и большого отношения эффектив(ПФЭ) и жидкофазной (ЖФЭ) эпитаксии. Исследоных масс тяжелых дырок и электронов наряду с примесвания велись в диапазоне температур T = 77-300 K.

ной рекомбинацией Шокли–Рида большую роль играют Неравновесные носители возбуждались импульсным межзонные механизмы — рекомбинация Оже и излучаGaAs-лазером (длина волны = 0.88 мкм). Интенсивтельная рекомбинация. Если межзонная рекомбинация ность лазерного излучения удовлетворяла условию слаявляется характеристикой собственно материала и ее бых уровней возбуждения. Время жизни регистрировапринципиально невозможно устранить, то рекомбинация лось при помощи широкополосного осциллографа C1-Шокли–Рида зависит от наличия примесей и дефектов, по затуханию сигнала нестационарной фотопроводимот. е. от степени совершенства технологии изготовления сти. Было исследовано более 20 образцов эпитаксиальматериала. Известно, что примесная рекомбинация в ных пленок, выращенных указанными выше методами.

значительной степени определяет механизмы переноса Параметры типичных образцов (концентрации электрозаряда и пороговые параметры диодов, изготовленных нов n, дырок p, подвижность носителей µ) для каждого имплантационным и диффузионным методами на эпииз методов приведены в таблице.

таксиальных пленках CdxHg1-xTe n- и p-типа проводиПленки n-типа проводимости были выращены метомости [2].

дом МЛЭ при температуре роста 190C. Подложками Природа центров рекомбинации Шокли–Рида в эпислужили монокристаллические пластины GaAs, на кототаксиальных пленках и диодах на основе CdxHg1-x Te рые последовательно наносились буферные слои ZnTe в настоящее время остается неустановленной. В силу и CdTe толщиной порядка 0.3 и 6 мкм соответственно.

противоречивого характера литературных данных отноДля снижения рекомбинации на поверхности пленки сительно механизмов рекомбинации в эпитаксиальных и вблизи границы раздела с подложкой выращивались пленках КРТ на данный момент этот вопрос остается варизонные слои с соответствующим профилем состаоткрытым.

ва по толщине. В частности, на поверхности пленки Задачей данной работы было исследование времебыл реализован состав, соответствующий x 0.3. Толни жизни неравновесных носителей в эпитаксиальных щина центральной части пленки с x = 0.22 составля¶ E-mail: ssv1811@i.com.ua ла 10-15 мкм.

Механизмы рекомбинации неравновесных носителей в эпитаксиальных слоях Cdx Hg1-xTe... Типичные параметры образцов эпитаксиальных пленок, полученных различными методами №образца Тип проводимости Способ изготовления x n, p, см-3 µ, см2/В · с, нс (T = 77 K) 1 n МЛЭ 0.22 1.2 · 1015 6.8 · 104 2 p ПФЭ 0.23 2.3 · 1016 380 3 p ЖФЭ 0.2 2.45 · 1016 400 Образцы эпитаксиальных слоев КРТ p-типа проводимости были выращены методами ПФЭ и ЖФЭ. Рост эпитаксиальных слоев, изготовленных методом ПФЭ, происходил при изотермическом испарении (при 600C) и последующей диффузии атомов Hg из источника HgTe на подложку CdTe, находящуюся на небольшом расстоянии (5мм) от источника. Распределение состава по толщине в этих пленках контролировалось методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Приповерхностный слой с сильным градиентом состава удалялся путем химического травления. Однородные по составу слои имели толщину не менее 20 мкм.

Концентрация дырок в слоях при T = 77 K составляла p =(2-8) · 1016 см-3. Выращивание пленок методом ЖФЭ проводилось из раствора, обогащенного теллуром, на подложке CdZnTe при температуре 500C и давлении паров Hg 0.1 атм. Полученные таким способом образцы имели дырочную проводимость с концентрацией носителей 5 · 1015-6 · 1016 см-3. Толщина однородного Рис. 1. Температурные зависимости фоточувствительности по составу слоя в пленках составляла 10-16 мкм. Типленок CdxHg1-x Te n-типа (1) и p-типа проводимости (2, 3).

Рис. 3. Температурные зависимости времени жизни в эпитаксиальной пленке p-Cdx Hg1-xTe, приготовленной методом Рис. 2. Температурные зависимости времени жизни в эпиПФЭ (образец 2). Точки — эксперимент, сплошные кривые — таксиальной пленке n-Cdx Hg1-x Te (образец 1). Точки — расчет: 1 — излучательная рекомбинация, 2 — оже-рекомбиэксперимент, сплошные кривые — расчет: 1 — излучательная нация типа CHCC и CHLH, 3 — примесная рекомбинация рекомбинация, 2 — оже-рекомбинация типа CHCC, 3 — реШокли–Рида при концентрации центров Nt = 3 · 1015 см-3, зультирующая зависимость с учетом примесной рекомбинации 4 — результирующая рекомбинация с учетом примесной при Nt = 1.3 · 1014 см-3.

рекомбинации.

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 136 Д.Г. Икусов, Ф.Ф. Сизов, С.В. Старый, В.В. Тетеркин пичные зависимости фоточувствительности пленок n- и диапазоне для разных образцов p-типа дает зависимость 0.p-типа проводимости показаны на рис. 1, а температур- в интервале от T до T1.3. В то же время наклон ные зависимости времени жизни приведены на рис. 2, 3. кривых в высокотемпературном диапазоне, соответству-2.ющий T, как замечено в [5], может свидетельствовать о наличии механических напряжений сжатия или 3. Обсуждение экспериментальных растяжения, что характерно для эпитаксиальных пленок.

результатов Вклад различных механизмов рекомбинации в монокристаллах CdxHg1-x Te состава с x = 0.20-0.23 анаФоточувствительность образцов n-типа проводимости лизируется в ряде работ [6–11]. Было показано, что в уменьшалась с увеличением температуры, а в образцах материале n- и p-типа проводимости в области высоких p-типа наблюдалось, как правило, ее увеличение с ротемператур доминирует оже-рекомбинация [6]. Причемв стом температуры (рис. 1). При измерении фотопровоКРТ n-типа проводимости существен CHCC-процесс, т. е.

димости в режиме тока короткого замыкания (сопротиврекомбинация электрона и тяжелой дырки, при которой ление нагрузки намного меньше сопротивления образца) энергия передается другому свободному электрону, а в величина сигнала фотоотклика может быть найдена из материале p-типа основную роль играет CHLH-процесс, следующего соотношения [3]:

при котором освобождающаяся энергия расходуется на Uph = e n(µn + µp)UR, переход электрона из зоны легких дырок в зону тяжелых дырок.

где n — концентрация неравновесных носителей, U — Нами были выполнены расчеты температурных завинапряжение питания, R — нагрузочное сопротивление, симостей времени жизни неравновесных носителей для µn, µp — подвижности электронов и дырок, причем различных механизмов рекомбинации в CdxHg1-xTe как µn µp. Если принять во внимание, что длительность n-, так и p-типа проводимости, при условии слабых импульсов p < и время жизни в исследуемом темпеуровней возбуждения, т. е. n = p n0, p0 ( n, p ратурном интервале изменяется незначительно, пренеи n0, p0 — концентрации неравновесных и равновесбрегая слабой температурной зависимостью n, можно ных электронов и дырок соответственно). Темпы ожесчитать, что температурная зависимость сигнала фоторекомбинации в КРТ n-типа определялись из соототклика должна повторять (с точностью до постоянного ношений для времени жизни относительно электронмножителя) температурную зависимость подвижности электронного (CHCC) процесса [7] носителей, точнее, суммы подвижностей основных и неосновных носителей. Поскольку в низкотемпературi 2Aном диапазоне преобладает рассеяние носителей на A1 =, (1) 1 +(n0/ni)примесях и собственных дефектах решетки, с ростом температуры подвижность носителей возрастает проi 3/где ni — собственная концентрация носителей, A1 — порционально T. В высокотемпературном диапазоне собственное время жизни относительно CHCC, котоосновную роль играет рассеяние на тепловых колебаниях решетки — фононах, поэтому подвижность умень- рое определено в [7]. В расчетах значение интеграла -3/перекрытия волновых функций принималось равным шается как T (или с еще большим отрицательным |F1F2| = 0.3.

показателем степени, вплоть до -3). Таким образом, температурная зависимость подвижности должна иметь Время жизни относительно CHLH-процесса может максимум в точке, где вклады обоих механизмов рассе- быть найдено из следующих соотношений [8]:

яния сопоставимы. Его положение должно быть связано i с качеством материала, а именно сдвиг максимума 2AA =, (2) фоточувствительности в высокотемпературную область 1 + + (n0/ni)2 +(p0/ni)свидетельствует о большей концентрации примесей и собственных дефектов.

i A7 5 Eg 3 Eg -Из рис. 1 видно, что для образцов n-типа (кривая 1) = 6 1 - 1 -, (3) i A1 4 kT 2 kT максимум должен находиться при низких температурах (ниже 77 K), что свидетельствует о хорошем качестве i где A7 — собственное время жизни относительно и чистоте эпитаксиальных слоев, выращенных методом CHLH-процесса, Eg — ширина запрещенной зоны, k — молекулярно-лучевой эпитаксии (аналогичные кривые постоянная Больцмана.

приводятся в работе [4]). Для образцов p-типа, выращенСогласно расчетам, при 77 K для чистых КРТ с ных методом жидкофазной эпитаксии, максимум либо находится в области высоких температур из рассматри- x = 0.22 и n = 5 · 1014 см-3 время жизни относительно CHCC-процесса составляет 6.3 · 10-6 с. Для пленок ваемого диапазона (кривая 2), либо сдвинут в область температур выше комнатной (кривая 3), что свиде- того же состава p-типа проводимости с концентрательствует о более низком качестве пленок. Наклон цией дырок 1016 см-3 время жизни относительно кривых фоточувствительности в низкотемпературном CHLH-процесса составляет 8 · 10-8 с.

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. Механизмы рекомбинации неравновесных носителей в эпитаксиальных слоях Cdx Hg1-xTe... Расчет времени жизни для излучательной реком- При условии низкого уровня возбуждения и мабинации проводился согласно теории Ван-Русбрека– лой концентрации центров времена жизни основных и Шокли [9]: неосновных носителей равны i 2R p0(n0 + n1) +n0(p0 + p1) R =. (4) SR =, (6) 1 + n0/ni n0 + pi Здесь R — собственное время жизни относительно а при больших концентрациях рекомбинационных ценизлучательного канала рекомбинации, которое опредетров необходимо отдельно искать времена жизни при ляется через коэффициент излучательной рекомбинарекомбинации Шокли–Рида для дырок и электронов:

ци GR как ni n0(p0 + p1) +p0[n0 + n1 + Nt(1 + n0/n1)-1] p i R =. (5) SR =, 2GR n0 + p0 + Nt(1 + n0/n1)-1(1 + n1/n0)-(7) Выражение для коэффициента GR приведено, например, n в [9]. Для пленок КРТ с x = 0.22 и n = 5 · 1014 см-3 SR = p0(n0 + n1) +n0[p0 + p1 + Nt(1 + p0/p1)-1], n0 + p0 + Nt(1 + p0/p1)-1(1 + p1/p0)-при температуре жидкого азота расчетное время жиз(8) ни относительно излучательного процесса составляет где n1, p1 — концентрации электронов и дырок в 2.4 · 10-5 с, для пленок p-типа того же состава с соответствующих зонах при совпадении уровня Ферми с p = 1016 см-3 эта величина составляет 1.2 · 10-6 с, что уровнем рекомбинационного центра. Значения n0, p0 — на порядок больше по сравнению с временем жизни минимальные времена жизни относительно примесной при оже-рекомбинации. Такое соотношение между этими рекомбинации для электронов и дырок, рекомбинационными механизмами сохраняется и для других температур, вплоть до комнатной и выше. Сле1 1 1 n0 = =, p0 = =, (9) довательно, излучательный процесс не играет сколькоnVthNt nNt pVthNt pNt нибудь значительной роли в пленках КРТ данного n, p — сечения захвата центрами электронов и дысостава.

рок, Vth — термическая скорость носителей, n, p — Вклад примесной рекомбинации Шокли–Рида возкоэффициенты захвата электронов и дырок Шокли– растает с уменьшением температуры. При этом, Рида, которые в общем случае зависят от температуры чем чище материал КРТ, тем меньше температуи могут быть описаны следующими эмпирическими ра, при которой примесная рекомбинация начнет доформулами [13]:

минировать. Так, в чистых n-CdxHg1-xTe с x = 0.(µn =(2-2.5) · 105 см2/В · с) при температуре жидкого -n -p T T азота доминирует CHCC-механизм [6] и время жизни n(T ) =n0, p(T ) =p0. (10) 77 составляет 2-3 мкс. В менее чистых компенсированных кристаллах с подвижностью µ <105 см2/В · с при 77 K Результирующее время жизни относительной примеспреобладает рекомбинация Шокли–Рида через серию ной рекомбинации находят с учетом разных подвижнорекомбинационных центров акцепторного типа, находя- стей носителей µn и µp:

щихся на расстоянии 10-70 мэВ от вершины валентной p n µnSR + µpSR зоны [6]. В чистых некомпенсированных кристаллах SR =. (11) µn + µp p-CdxHg1-xTe с x = 0.2 и концентрацией нескомпенсированных акцепторов NA - ND 1015-1016 м-3 при Согласно расчету, для n-CdxHg1-xTe с x = 0.22, азотных температурах доминирует примесная рекомбиn = 5 · 1014 см-3 и концентрацией рекомбинационных нация через две группы рекомбинационных уровней, центров Nt = 1.3 · 1014 см-3 время жизни относительно расположенных на расстоянии 10-15 и 30-50 мэВ от примесной рекомбинации составляет 5 · 10-8 с.

вершины валентной зоны.

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.