WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 2 Краевая ультрафиолетовая люминесценция активированных в плазме азота пленок GaN : Zn © А.Н. Георгобиани, А.Н. Грузинцев ¶, У.А. Аминов, М.О. Воробьев, И.И. Ходос Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117333 Москва, Россия Институт проблем технологии микроэлектроники Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Россия (Получена 26 июня 2000 г. Принята к печати 30 июня 2000 г.) Проведены исследования влияния отжига в плазме азота легированных цинком пленок нитрида галлия на спектры их фотолюминесценции, фотопроводимости, тип проводимости и морфологию поверхности.

Обнаружено появление интенсивного ультрафиолетового краевого свечения с максимумом на длине волны 376 нм после высокотемпературного отжига в плазме азота. Набюдалось значительное уменьшение голубой донорно-акцепторной и экситонной фотолюминесценции отожженных образцов GaN : Zn.

Введение ным пучком после роста пленок GaN : Mg позволило авторам [5] получить низкоомный p-тип проводимости.

Они обнаружили, что отжиг изначально изолирующих Получение качественных пленок нитрида галлия nпленок GaN : Mg при 700C в атмосфере азота также и p-типа проводимости позволило создать эффективные ведет к образованию дырочной проводимости. Авторы светодиоды и полупроводниковые лазеры для голубой объясняют данный эффект развалом образующихся при области спектра [1–3]. Следует отметить, что в данном росте пленки (метод MOCVD) электрически неактивных случае основным каналом излучательной рекомбинации комплексов магний–водород с образованием изолированявляются собственные точечные дефекты нитрида галных акцепторных центров магния, дающих эффективную лия, формирующие глубокие энергетические уровни в дырочную проводимость, необходимую для создания позапрещенной зоне материала [4,5]. Повышение стехиолупроводниковых структур.

метрии и кристаллического качества пленок GaN позволит не только сдвинуть максимум свечения в область Интересно проследить влияние процесса активации ультрафиолетовой экситонной люминесценции нитрида акцепторной примеси на люминесцентные свойства плегаллия, но и существенно увеличить эффективность элекнок. Из-за меньшей подвижности дырок излучательная тролюминесцентных структур. Наши предыдущие исслерекомбинация носителей в светодиодной структуре продования [6] показали донорно-акцепторную природу гоисходит именно в p-области. В связи с этим именно лубого свечения с максимумом при энергии = 2.8эВ, свечение легированной акцепторами пленки определяет где донором является вакансия азота в одном из своих спектральные характеристики приборов. Так, авторы [9] зарядовых состояний. Следовательно, для улучшения наблюдали увеличение интенсивности синей полосы изстехиометрии нитрида галлия требуется отжиг в азотной лучения пленок GaN : Mg после кратковременного высоатмосфере. Можно отметить, что кратковременный высокотемпературного отжига. В другой работе [7] аналогичкотемпературный отжиг в атмосфере азота не приводит ный отжиг в атмосфере азота нелегированных пленок к желаемому результату из-за разрушения поверхности приводил к падению интенсивности примесной люмипленки и испарению азота из нитрида галлия [7,8]. Тренесценции и росту экситонной. Это, по мнению автобуется увеличение эффективного давления атомарного ров, свидетельствовало об улучшении кристалличности и азота над пленкой GaN при одновременном снижении морфологии пленок в процессе отжига при одноврементемпературы отжига для уменьшения испарения азота.

нном изменении их стехиометрии. В работе [8] отжиг в Это возможно при отжиге пленок в плазме азота, где тех же условиях, напротив, ухудшал морфологию пленок доля атомарного азота существенно выше.

и проводил к возрастанию интенсивности всех полос Отжиг такого рода позволил бы не только уменьшить свечения.

число собственных донорных дефектов, дающих голубое В данной работе нас интересовало влияние отжига при свечение, но и повлиять на проводимость пленки. Дело разных температурах в плазме азота на активацию p-типа в том, что легирование нитрида галлия в процессе роста проводимости и спектры свечения (а также фотопровоакцепторными примесями (Mg или Zn) из-за эффекта димости) легированных пленок GaN : Zn. Использование компенсации приводит к формированию высокоомного плазмы азота дает возможность максимально изменять материала. Лишь использование облучения электронстехиометрию пленки в сторону избытка азота и улучшать ее кристаллическую структуру при сравнительно ¶ E-mail: gran@ipmt-hpm.ac.ru небольших температурах отжига.

150 А.Н. Георгобиани, А.Н. Грузинцев, У.А. Аминов, М.О. Воробьев, И.И. Ходос Методика эксперимента В нашей работе исследовались пленки GaN : Zn n-типа проводимости с концентрацией электронов 5 · 1014 см-3, удельным сопротивлением 106 Ом·см и толщиной 1 мкм.

Холловские измерения показали на неотожженных пленках подвижность носителей 100-150 см2/В · с. Данные пленки были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии на сапфировых подложках ориентации (0001).

Отжиг пленок в течение 2 ч при температурах в интервале Ta = 300-700C в плазме азота осуществлялся в установке радикал-лучевой эпитаксии, подобно описанной в работе [10]. Полученная здесь за счет высокочастотного поля плазма азота проходила через сильное постоянное магнитное поле для удаления ионной компоненты плазмы. Таким образом, отжиг производился в атмосфере нейтральных атомов (радикалов) азота.

Для возбуждения фотолюминесценции (ФЛ) использовался импульсный азотный лазер ИЛГИ-503 с длиной волны излучения 337.1 нм и длительностью импульса 10 нс. Спектры анализировались с помощью двойного монохроматора МДР-6, управляемого компьютером, что давало при используемых щелях спектральное разрешение не хуже 1 мэВ. При измерениях фотопроводимости (ФП) на пленку наносились планарные контакты из золота. Омичность контактов проверялась по измерениям прямой и обратной ветвей вольт-амперной характеристики. ФП возбуждалась светом галогеновой лампы мощностью 100 Вт, модулированным абтюратором и пропущенным через светосильный монохроматор МДР-12. Образцы находились в оптическом криостате при температуре жидкого азота.

При исследованиях влияния отжигов на кристалличность и морфологию поверхности пленок GaN : Zn использовался электронный просвечивающий микроскоп Джеол-2000.

Результаты эксперимента На рис. 1 показано влияние отжига в плазме азота на спектры фотолюминесценции пленок. Видно, что при малых температурах отжига (рис. 1, a) не происходит существенных изменений формы спектра свечения. Преобладающим остается синее излучение с максимумом при энергии = 2.88 эВ и экситонное свечение с Рис. 1. Спектры фотолюминесценции пленок GaN : Zn и максимумом при = 3.48 эВ. Можно лишь отмеGaN : Mg. a — исходные пленки GaN : Zn (1) и отожжентить незначительный рост интенсивности синей полосы ные в плазме азота при температурах 400 (2) и 500C (3).

и уменьшение ее полуширины вплоть до температуры b — пленки GaN : Zn, отожженные в плазме азота при темпеотжига Ta = 600C. Дальнейшее повышение температурах 600 (4), 700C (5) и пленка GaN : Mg (6). Температура ратуры отжига пленок вызывает резкое падение как измерения T = 80 K.

синего, так и экситонного свечения нитрида галлия.

При этом появляется новая ультрафиолетовая полоса люминесценции с максимумом = 3.27 эВ (рис. 1, b, кривая 5). Кроме того, спектр ФЛ отожженных при Наши исследования показывают существенное влия700C пленок содержит плечо в области экситонного ние плазмы азота не только на люминесцентные, но свечения с максимумом = 3.45 эВ. и на фотоэлектрические свойства пленок. В таблице Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Краевая ультрафиолетовая люминесценция активированных в плазме азота пленок GaN : Zn центров. Однако в данном случае идет не традиционный разрыв связей между цинком и водородом [5], неизбежно присутствующим в материале при осаждении пленок с использованием металлорганических соединений. В наших пленках, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, не было избыточного водорода. Исследования примесной фотопроводимости говорят об изменении состава собственных и примесных дефектов нитрида галлия. Даже низкотемпературные отжиги (рис. 2, a) существенным образом изменяют кривые ФП. Отметим появление интенсивного пика примесной фотопроводимости с максимумом при = 2.0 эВ в результате отжига при 400C. Самый высокотемпературный отжиг (700C) дает, кроме того, увеличение фоточувствительности пленок в ультрафиолетовой области при = 3.26 эВ почти на порядок величины (рис. 2, b, кривая 5).

Полученные спектральные зависимости фотолюминесценции и фотопроводимости свидетельствуют об изменении состава точечных дефектов в пленках в процессе Рис. 2. Спектры фотопроводимости пленок GaN : Zn.

a — исходные пленки (1) и отожженные в плазме азота при температурах 400 (2) и 500C (3). b — пленки GaN : Zn, отожженные в плазме азота при температурах 600 (4) и 700C (5). Температура измерения T = 300 K.

приведены результаты измерения удельного сопротивления () пленок после отжига. Наблюдается увеличение удельного сопротивления с ростом температуры отжига.

При этом все пленки по данным измерения термоэдс соРис. 3. Изображение поверхности неотожженных (a) и храняли электронный тип проводимости. Следовательно, отожженных (b) при 700C в плазме пленок GaN : Zn, полув процессе отжига происходит активация акцепторных ченное в режиме регистрации вторичных электронов.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 152 А.Н. Георгобиани, А.Н. Грузинцев, У.А. Аминов, М.О. Воробьев, И.И. Ходос Зависимость удельного сопротивления пленок GaN : Zn от температуры отжига в плазме азота № 1 2 3 4 5 образца Ta,C (исходный) 300 400 500 600, Ом · см 106 1.3 · 106 2 · 106 2.3 · 106 4.3 · 106 17.8 · их отжига в плазме азота. Однако в процессе отжига При росте температуры отжига происходит развал может изменяться и морфология поверхности пленок. донорно-акцепторных пар (ДАП) с участием вакансий Для проверки этого явления мы наблюдали картину азота и увеличение их коэффициента диффузии. Учитыповерхности пленок в электронном сканирующем ми- вая, что плазма азота дает максимальное из всех возможкроскопе (рис. 3) до и после отжига. Видно, что до ных парциальное давление азота на поверхности пленки, отжига пленки GaN : Zn имели гладкую поверхность с можно предположить, что вакансии азота при выходе выступающими гладкими зернами размером 10-20 мкм.

на поверхность замещаются атомами азота. Практически Шероховатость поверхности была 1 нм. После вы- только при отжиге в этих условиях стехиометрия нитрисокотемпературного отжига в плазме азота при 700C да галлия может смещаться в сторону избытка азота.

поверхность пленки начинает портиться за счет реис- Число вакансий азота начинает уменьшаться, вместе с парения материала (рис. 3, b). Из рис. 3, b хорошо этим уменьшается число донорно-акцепторных пар и видны латеральные размеры образующихся островков интенсивность голубого свечения = 2.88 эВ. Вместе нитрида галлия — от 100 до 500 нм. Режим модуляции с тем появляется новое ультрафиолетовое свечение с и сканирование поверхности под различными углами по- максимумом = 3.27 эВ (рис. 1, b, кривая 5). В формизволяют найти шероховатость отожженных пленок, она ровании соответствующих центров свечения, очевидно, составляет 5-10 нм. Таким образом, отжиг при большой может участвовать освобожденная после развала комтемпературе приводит к образованию на поверхности плексов цинк–водород и ДАП цинк– вакансия азота пленки мелкозернистой островковой структуры. Однако (центры синего свечения) примесь цинка.

из-за относительно невысокой температуры (700C) увеИзолированный дефект — цинк на месте галлия дает личение шероховатости существенно ниже, чем в слуакцепторный уровень, расположенный вблизи валентной чае кратковременного высокотемпературного отжига [8].

зоны. Поэтому ультрафиолетовая краевая полоса люмиВ нашем случае поверхность пленки остается оптически несценции с максимумом = 3.27 эВ может быть гладкой и не приводит к увеличению внешнего выхода обусловлена переходами электронов из зоны проводилюминесценции, что особенно важно при создании волмости на акцепторный уровень цинка. По аналогии с новодных резонаторных структур полупроводниковых широкозонным соединением CdS, имеющим также гексалазеров.

гональную кристаллическую решетку, околозонная краевая люминесценция может быть обусловлена не только изолированными акцепторами, но и их комплексами с Обсуждение результатов собственными дефектами, когда последние расположены в соседних узлах кристалла [12]. Учитывая, что уровень Полученные результаты свидетельствуют, что отжиг в определяет положение максимума свечения, и для того плазме азота пленок GaN : Zn оказывает более сильное чтобы доказать участие именно примеси цинка в ульвлияние на состав точечных дефектов, чем отжиг в трафиолетовом свечении пленок CaN : Zn, мы проделавакууме или в парах азота. Ранее [11] в пленках GaN : Zn ли аналогичный отжиг в плазме азота пленок нитрида наблюдали лишь синюю люминесценцию с максимумом галлия, легированного другой акцепторной примесью — = 2.88 эВ, интенсивность которой увеличивалась GaN : Mg. Из рис. 1, b (кривая 6) хорошо видно, что после кратковременного высокотемпературного отжига.

в последнем случае в спектре люминесценции также Свечение обусловлено рекомбинацией носителей внутри преобладает ультрафиолетовое краевое свечение. Однадонорно-акцепторной пары, донором в которой является ко в этом случае максимум ультрафиолетовой полосы вакансия азота. Что касается акцептора в этой паре, то имеет другое положение — 3.24 эВ, а ее полуширина им может служить как примесь цинка, так и собственный дефект. Именно благодаря многообразию типов акцепто- существенно больше.

ров и различным расстояниям между донором и акце- Следовательно, положение полосы краевого ультрафипторами в паре голубое свечение нитрида галлия имеет олетового свечения зависит от типа внедренной примеси, вид неоднородно уширенной полосы [5]. Ширина данной т. е. акцепторный уровень непосредственно участвует в линии и положение максимума, как правило, зависит рекомбинации электронов. Здесь можно отметить, что от условий роста пленок, а в наших исследованиях ранее авторы [9] связали ультрафиолетовый пик 3.285 эВ (рис. 1) — от температуры отжига, так как от этого (T = 5K) краевой люминесценции сильно легированзависит состав точечных дефектов полупроводника. ных пленок GaN : Mg (6 · 1019 см-3) с излучательным Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Краевая ультрафиолетовая люминесценция активированных в плазме азота пленок GaN : Zn переходом электронов из зоны проводимости на уровень ных структур на основе сильно легированного акцептоизолированного магния. В нашем случае механизм ре- рами нитрида галлия.

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.