WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 2 Влияние гетероэпитаксиальной пассивации поверхности на спектры фоточувствительности и рекомбинационные параметры слоев GaAs © И.А. Карпович, М.В. Степихова Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603600 Нижний Новгород, Россия (Получена 1 апреля 1997 г. Принята к печати 22 мая 1997 г.) Исследовано влияние гетероэпитаксиальной пассивации поверхности слоев GaAs путем нанесения тонкого слоя In0.5Ga0.5P на спектры фотомагнитного эффекта, барьерной фотопроводимости и конденсаторной фотоэдс в GaAs. Обнаружено увеличение скорости поверхностной рекомбинации и аномальной дрейфовой компоненты фотомагнитного эффекта с ростом коэффициента поглощения в области сильного поглощения и выяснено влияние этих эффектов на спектры фоточувствительности. Показана возможность определения рекомбинационных параметров слоев фотоэлектрическими методами.

При определении рекомбинационных параметров эпи- 0.3 эВ [5]. В отличие от [5] пассивация осуществлялась таксиальных слоев GaAs фотоэлектрическими методами не в процессе выращивания, а после пребывания слоев возникают трудности, обусловленные сильным влиянием на воздухе, что, как выяснилось, не ухудшало эффект поверхности на фотоэлектрические свойства [1]. Так, пассивации.

наличие обедненных слоев и связанных с ними ба- При исследовании ФМЭ измерения проводились в рьеров на поверхности и внутренней границе слой– режиме разомкнутой цепи в магнитном поле с индукполуизолирующая подложка приводит к доминированию цией B = 1.8 Тл, и по фотоэдс рассчитывался фототок барьерного механизма фотопроводимости (ФП) в слоях короткого замыкания IPM.

в обычных условиях (см., например, [2]). В связи с Фотопроводимость в планарной геометрии измеряэтим к ним неприменимы известные методы опреде- лась при модулированном монохроматическом и имления времени жизни основных носителей и скорости пульсном белом освещении. Во втором случае макповерхностной рекомбинации (СПР), разработанные для симальная интенсивность на поверхности образца по объемной ФП [3,4]. Определение времени жизни не- квантовой эффективности соответствовала интенсивноосновных носителей и СПР из фотомагнитного эффекта сти 1 · 1018 см-2 · с-1 сильно поглощаемого монохро(ФМЭ), как показано в данной работе, требует учета матического излучения. Одиночные световые импульсы спектральной зависимости СПР и аномальной дрейфо- длительностью 3 мс получались с использованием вой компоненты в ФМЭ, также связанных с наличием лампы — вспышки. Импульс фототока регистрировался барьера на поверхности.

с помощью запоминающего осциллографа.

В данной работе исследовано влияние гетероэпитак- Совместное исследование спектров ФП и КФЭ посиальной пассивации поверхности слоев GaAs путем зволяет оценить вклад каждого из барьеров в барьернанесения тонкого слоя InGaP [5] на спектры ФМЭ, ФП ную фотопроводимость. Для этого раздельно измеряи конденсаторной фотоэдс (КФЭ) в GaAs. Значительное лись спектры КФЭ на поверхностном и внутреннем уменьшение СПР при пассивации поверхности суще- барьерах слоя (переднестеночная и заднестеночная КФЭ ственно упрощает задачу определения рекомбинацион- соответственно) по методике, описанной в работе [6].

ных параметров в слоях и позволяет выяснить природу Все спектры измерялись в малосигнальном, линейном некоторых особенностей в спектрах фотоэлектрической по интенсивности освещения режиме и приводились к чувствительности.

одинаковому числу падающих на образец фотонов.

Методика эксперимента Экспериментальные результаты и обсуждение Слои GaAs были выращены на полуизолирующих подложках с ориентацией (100) методом газо1. Фотомагнитный эффект фазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС-гидридной эпитаксии) при атмосферном давле- Характерной особенностью спектров ФМЭ в исслении. Параметры некоторых из них приведены в таблице. дованных эпитаксиальных слоях GaAs n- и p-типа проГетероэпитаксиальная пассивация поверхности выра- водимости с естественной и травленной поверхностью щенных слоев GaAs производилась путем нанесения является значительное уменьшение фототока в области на нее согласованного по параметру решетки слоя собственного поглощения при энергии фотонов h >Eg, In0.5Ga0.5P толщиной 20 нм. При наличии покров- где Eg — ширина запрещенной зоны (рис. 1, кривые 3, 5).

ного гетерослоя уменьшается на 1–2 порядка СПР и В монокристаллах GaAs в этой спектральной области, понижается высота поверхностного барьера с 0.6 до наоборот, наблюдался рост фототока [7], который в соотВлияние гетероэпитаксиальной пассивации поверхности на спектры фоточувствительности... Некоторые параметры исследованных слоев GaAs № Тип про- Состояние d, мкм n0, p0, 1016 см-3 µn, µ0, см2/В · с L, L, мкм,, 10-8 с s, 104 см/с образца водимости поверхности 1 6.7 n 0.05 6700 1.1 0.2 5 Естественная 3.2 1.4 1 Пассивированная 2 2.5 n 12.0 3100 2.1 0.6 1.6 Естественная 3.5 1.4 1 Пассивированная 3 2.5 p 1.9 290 0.5 3 · 10-3 — Естественная 4 3.0 p 6.6 290 0.8 8 · 10-3 — Естественная Примечание. Звездочкой отмечены эффективные параметры. d — толщина слоя; n0 (p0) — концентрация электронов (дырок); µn (µp) — подвижность электронов (дырок).

ветствии с диффузионной теорией ФМЭ [8] описывался электронов n0 (кривая 3), хотя для сильно легированного множителем L/(1 + L), где (h) — коэффициент образца 2 (w 0.07 мкм) ожидался более сильный сдвиг поглощения, L — длина диффузии неосновных носите- максимума в коротковолновую область.

лей. Это позволило по зависимости 1/IPM = f (1/) В связи с наличием обедненного слоя и высокой определить длину диффузии L, которая в кристаллах раз- скоростью рекомбинации на поверхности GaAs следует ожидать проявления существенной роли аномальной ного типа проводимости случайным образом изменялась дрейфовой компоненты в ФМЭ, особенно в эпитаксиальв интервале 0.1 0.6мкм.

ных слоях с низкой концентрацией носителей. Расчеты Эффект уменьшения IPM при w > 1, где w —толщипо теории аномального ФМЭ [9,10] показали, что для на поверхностного барьера, предсказывает теория ФМЭ, образца 1 при s = 5·104 см·с-1 (см. таблицу) аномальная учитывающая непостоянство квазиуровня Ферми для некомпонента уменьшает ток IPM почти в 2 раза на крае основных носителей в барьерной области [9]. Он обуслополосы поглощения. Согласно теории, при постоянной влен увеличением эффективной СПР s при увеличении СПР относительный вклад аномальной компоненты долкоэффициента поглощения от 1·104 до 5·104 см-1 в жен уменьшаться с ростом коэффициента поглощения. В интервале 1.45 2 эВ. Для образца 1 (w 1.2мкм) это исследованных слоях это уменьшение может компенсиусловие хорошо выполняется. Качественно согласуется с роваться увеличением СПР при росте.

этим объяснением и тот факт, что эффект уменьшается Из теории следует, что при w > 1 результирующий при подсветке (кривая 4) и увеличении концентрации ФМЭ не может быть аномальным даже при бесконечной СПР. Однако в противоречии с существующей теорией в образце 1 и других образцах с n0 < 5·1015 см-3 именно в этой области при h > 1.7 эВ ФМЭ становится аномальным (кривая 5). Это подтвердили измерения ФМЭ при постоянном освещении образца от гелий-неонового лазера (h = 1.96 эВ): аномальный знак и линейная зависимость IPM от интенсивности освещения сохранялись по крайней мере до интенсивностей 1017 см-2 · с-1.

В слоях с n0 > 1016 см-3 ФМЭ не менял знак в коротковолновой области. По-видимому, теория аномального ФМЭ нуждается в уточнении для спектральной области w > 1.

Как уже сообщалось [5], гетероэпитаксиальная пассивация поверхности увеличивает IPM и полностью устраняет эффект уменьшения IPM в коротковолновой области (рис. 1, кривые 1, 2). Ее влияние на ФМЭ в основном связано с уменьшением СПР, а не высоты барьера, так как подсветка, уменьшающая высоту барьера с 0.6 до 0.2 эВ, сравнительно слабо влияет на форму спектра и величину IPM (кривая 4). О значительном уменьшении СПР свидетельствует также усиление краевой фотолюминесценции слоев: при 300 K в образце 1 она увеличилась более чем в 100 раз, в образце 2 — в 8 раз.

Рис. 1. Влияние пассивации поверхности и уровня легироВ слоях с пассивированной поверхностью практически вания на спектр ФМЭ. 1, 2 — пассивированная поверхность;

можно не учитывать поверхностную рекомбинацию и 3, 5 — исходная поверхность; 4 — исходная поверхность при связанную с ней аномальную компоненту ФМЭ.

наличии подсветки. 1, 4, 5 — образец 1; 2, 3 — образец 2.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 184 И.А. Карпович, М.В. Степихова Диффузионную компоненту ФМЭ [4] можно записать Определенная из ФМЭ s(hm) слабо зависит от nв виде (см. таблицу). Эта закономерность, подтвержденная и IPM = IPMF, (1) на других слоях, расходится с установленной в [11] на основе анализа литературных данных зависимостью где s n0. Для образца 2 s(hm) почти на 2 порядка меньше L значений s 106 см · с-1, определенных по катодопровоIPM = q(µn + µp)(1 - R)J0BL (2) димости [12] и катодолюминесценции [13] при близких 1 + L значениях n0 и использованных в работе [11]. При таком — фотомагнитный ток на единицу ширины в толстом большом значении СПР в наших условиях ФМЭ был бы образце (d L, -1) при малой СПР (s D/L), неизмеримо мал. Одной из причин расхождения данных D — коэффициент диффузии неосновных носителей, по СПР может быть зависимость СПР от глубины µn и µp — подвижности электронов и дырок, R — возбуждения неравновесных носителей, которая при фокоэффициент отражения, — квантовый выход, J0 — товозбуждении отражается в спектральной зависимости интенсивность падающего излучения, F — известная СПР, а при электронном возбуждении должна приводить функция, учитывающая поверхностную рекомбинацию к зависимости СПР от энергии электронов.

на обеих границах слоя и размерные эффекты, определяемые соотношениями длин d, -1 и L.

2. Фотопроводимость и конденсаторная фотоэдс В общем случае (1) содержит три неизвестных рекомбинационных параметра: L, s и sd (sd — СПР на темной В отличие от ФМЭ, на который подсветка оказывает стороне исследуемого слоя). Необходимость учета спекслабое влияние, ФП и КФЭ в слоях GaAs очень чувствитральной зависимости s(h) и аномальной дрейфовой тельны к подсветке, что является одним из признаков их компоненты ФМЭ сильно усложняет задачу определения барьерной природы [2].

этих параметров из ФМЭ. Однако использование достаБез подсветки спектр ФП ph по форме совпадаточно толстых слоев с пассивированной поверхностью ет со спектром переднестеночной КФЭ Vph (рис. 2, радикально устраняет все трудности, так как позволяет кривые 2, 5) и заметно отличается от спектра заднеприменить приближение (2) для определения L. Для толстых непассивированных слоев в качестве обобщенной характеристики рекомбинационной активности поверхности и объема можно ввести эффективную длину диффузии L, определив ее из (2) для максимального значения фототока: IPM(hm). Если при h = hm можно пренебречь вкладом аномальной компоненты в ФМЭ, то при известных для одного и того же образца значениях L и L можно рассчитать СПР s(hm) для реальной поверхности. Учитывая, что в этом случае F =(1 +sL/D)-1 [4], можно показать:

D +L s(hm) = -1, (3) L 1 +L где = L/L > 1.

Для слоев n-типа проводимости параметр достигает 3 и уменьшается с ростом n0 (см. таблицу). Длина диффузии дырок Lp в эпитаксиальных слоях на порядок больше, чем в монокристаллах [7], что свидетельствует о их более высокой степени структурного совершенства.

В связи с этим становится понятным и разный вид спектров ФМЭ эпитаксиальных слоев и монокристаллов при h >Eg. В последних из-за малого значения L поверхностная рекомбинация играет относительно малую роль (s < D/L). Аналогичное неравенство выполняется и в слоях с пассивированной поверхностью, но поскольку для них L 1 при h > Eg, в соответствии с Рис. 2. Влияние пассивации поверхности и подсветки на (2) IPM(h) const в этой области. Для слоев p-типа спектры ФП ph и КФЭ Vph. 1, 4, 8 — заднестеночная КФЭ;

проводимости L < L. Так как Dn 20Dp, можно n p 2, 3, 9 — переднестеночная КФЭ; 5, 6, 7 — ФП. Поверхность:

сделать вывод, что время жизни неосновных носителей 1, 3, 6 — пассивированная; 2, 4, 5 —исходная. 7–9 сняты при в слоях p-типа проводимости примерно на 2 порядка наличии подсветки. Стрелки показывают изменение фоточувменьше, чем в слоях n-типа.

ствительности вследствие пассивации поверхности.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Влияние гетероэпитаксиальной пассивации поверхности на спектры фоточувствительности... стеночной КФЭ (кривая 4). На последнем, как и на причем на ее спектре, как и на спектре ФМЭ, перестает спектре ФМЭ, проявляется эффект уменьшения фото- проявляться эффект уменьшения фоточувствительности чувствительности при h >Eg и наблюдается примесная при h > Eg. Уменьшение фоточувствительности фоточувствительность, связанная с поглощением излу- поверхностного барьера при пассивации не противоречения центрами EL-2 в подложке. Очевидно, барьерная чит, как могло бы показаться, факту уменьшения СПР, ФП слоев в этих условиях определяется поверхностным поскольку при пассивации уменьшается также высота барьером. поверхностного барьера, и влияние последнего фактора Однако при белой подсветке с эффективной интен- оказывается превалирующим.

сивностью 1017 см-2 · с-1 в результате уменьшения На фоточувствительность внутреннего барьера, очевысоты обоих барьеров ФП и КФЭ уменьшаются на видно, может влиять только уменьшение СПР. По2–3 порядка (кривые 7–9) и изменяется место локализа- лагая для пассивированной поверхности s D/L и ции барьерной ФП, так как спектр ФП теперь совпадает по-прежнему sd D/L, можно показать, что в этом со спектром заднестеночной КФЭ (кривые 7, 8), которая случае Vph(h) p(d) (1/sd) exp(-d/L), т. е. не и по величине становится значительно больше передне- зависит от s и, следовательно, фоточувствительность при стеночной (кривые 8 и 9). пассивации должна увеличиваться в Kp = sL/D раз.

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.