WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 2 Фоточувствительность структур с квантовыми ямами, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии, при нормальном падении излучения ¶ © В.Б. Куликов, Г.Х. Аветисян, Л.М. Василевская, И.Д. Залевский, И.В. Будкин, А.А. Падалица ГУП НПП „Пульсар“, 105187 Москва, Россия ООО „Сигм Плюс“, 109377 Москва, Россия (Получена 15 апреля 2003 г. Принята к печати 22 мая 2003 г.) В последнее время для выращивания приборных структур с квантовыми ямами наряду с молекулярно-лучевой эпитаксией все больше используют газофазную эпитаксию из металлорганических соединений (МОС-гидридную эпитаксию). Наш опыт работы с фотоприемниками на основе структур с квантовыми ямами, выращенных методом МOС-гидридной эпитаксии, показывает, что они обладают рядом отличий от аналогов, полученных с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии. К таким отличиям следует отнести более существенную асимметрию вольт-амперной характеристики, наличие значительной фоточувствительности при нормальном падении излучения без специальных устройств ввода. Указанные отличия связаны, на наш взгляд, с особенностями процесса эпитаксии. В настоящей работе представлены результаты экспериментального исследования таких фотоприемников на основе структур с квантовыми ямами, обсуждается их связь со структурными особенностями, обусловленными процессом МОС-гидридной эпитаксии.

1. Введение имела ширину 50, а барьер AlxGa1-x As (x = 0.24) — 450. Ямы легировались кремнием до концентрации До недавнего времени в публикуемых эксперимен- 1018 см-3. Верхний и нижний контактные слои имели тальных работах по фотопроводимости (ФП) структур толщину 0.5 и 1 мкм соответственно и легировались до с квантовыми ямами (СКЯ) последние выращивались концентрации выше 1018 см-3.

методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Наш Из выращенных структур с использованием химического травления изготавливались экспериментальные опыт исследования СКЯ, выращенных методом МОСГЭ (газофазная эпитаксия из металлорганических соедине- образцы фотосопротивлений (ФС) в виде меза-структур размером 400 400 мкм2. Специальные устройства ввоний, МОС-гидридная эпитаксия), показывает, что ФП таких структур обладает рядом особенностей по срав- да излучения в ФС типа дифракционной решетки отсутствовали. Омические контакты формировались посреднению с тем, что наблюдается для СКЯ, выращенных ством напыления через маску из фоторезиста сплава МЛЭ. К таким особенностям следует отнести более Au : Ge, взрыва напыленного слоя и последующего его существенную асимметрию вольт-амперных характеривжигания. Полученные таким образом контакты покрыстик (ВАХ), наличие значительной фоточувствительновались слоями Ti и Al.

сти при нормальном падении излучения без специальных устройств ввода. Указанные особенности связаны, на наш взгляд, с различиями в технологии выращива3. Экспериментальные результаты ния СКЯ.

В настоящей работе представлены результаты экспе- При исследованиях экспериментальных образцов ФС риментального исследования ФП СКЯ, полученных ме- измерялись ВАХ при различных температурах, спектодом МОС-гидридной эпитаксии, обсуждается их связь тры фоточувствительности и определялись зависимости с особенностями СКЯ, обусловленными процессом эпи- абсолютной чувствительности в максимуме спектра от таксии. напряжения, а также зависимости шумового тока от напряжения. На основе полученных результатов рассчитывались зависимости коэффициента фотоэлектри2. Экспериментальные образцы ческого усиления и обнаружительной способности ФС от напряжения и температуры. Спектры фоточувствиИсследованные структуры выращивались методом тельности измерялись на специализированном стенде МОСГЭ при давлении 65 мм рт. ст. и при температуре на основе монохроматора МДР-41. Измерения абсолют 700C на полуизолирующих подложках GaAs с ориенной фоточувствительности производились с помощью тацией 100. Структуры с квантовыми ямами содержали источника модулированного излучения, в котором излу50 периодов гетероструктур, в которых яма из GaAs чателем являлся макет абсолютно черного тела (АЧТ) ¶ c температурой 573 K. Излучение модулировалось с E-mail: vladimir_kulikov@mtu-net.ru Fax: (095) 3690886 частотой 1200 Гц. Измерение сигналов и шумов ФС Фоточувствительность структур с квантовыми ямами, выращенных методом МОС-гидридной... На рис. 3 представлены зависимости абсолютной чувствительности одного из образцов ФС в максимуме спектра от напряжения питания при обеих его полярностях и различных температурах. Зависимости получены с учетом коэффициента использования излучения от АЧТ, который рассчитывался посредством численного интегрирования спектра фоточувствительности (см. рис. 2). Помимо асимметрии этих зависимостей обращает на себя внимание величина чувствительности, достигающая десятых долей А/Вт. Столь значительная величина чувствительности получена на образцах ФС без специальных устройств ввода излучения при нормальном его падении по отношению к фронтальной поверхности ФС. На рис. 4 приведены зависимости Рис. 1. Вольт-амперные характеристики ФС на основе СКЯ при температурах, K: 1 — 78, 2 — 70, 3 — 65, 4 — 60. шумового тока In ФС от напряжения при двух его полярностях и различных температурах. На основе этих кривых по известной формуле In =(4eIdg f )1/(e — заряд электрона, Id — темновой ток, g — коэффициент фотоэлектрического усиления, f — полоса частот, в которой регистрируется шум) определялись зависимости коэффициента фотоэлектрического усиления ФС от напряжения, представленные на рис. 5. Значение g находится в пределах 0.5–0.6, что является типичным Рис. 2. Спектр фоточувствительности ФС на основе СКЯ.

осуществлялось с помощью узкополосного усилителя с резонансной частотой 1200 Гц и шириной полосы пропускания 200 Гц. При измерениях образцы размещались в заливном криостате с возможностью откачки паров Рис. 3. Зависимости абсолютной чувствительности ФС на жидкого азота, обеспечивающем охлаждение образцов основе СКЯ в максимуме спектра от напряжения при темперадо 60 K. Перед образцами размещалась охлаждаемая турах, K: 1 — 78, 2 — 70, 3 — 65, 4 — 60.

диафрагма, обеспечивавшая поле зрения в угле 25.

На рис. 1 представлены ВАХ одного из образцов ФС, защищенных от фоновой засветки холодным экраном.

Правые ветви ВАХ (положительные смещения) соответствуют знаку „-“напряжения питания на верхнем контакте ФС, т. е. направление поля совпадает с направлением роста СКЯ. ВАХ исследованных образцов были отчетливо асимметричными. Отметим, что для полярности напряжения питания, соответствующей знаку „ + “ на верхнем контакте, характерна более высокая фоточувствительность при одном и том же значении напряжения.

На рис. 2 представлен спектр фоточувствительности, полученный при одной полярности напряжения („ + “на верхнем контакте ФС). Форма спектра и положение его максимума не испытывают существенных изменений Рис. 4. Зависимости шумового тока ФС на основе СКЯ от с изменением температуры в интервале 60–77 K или напряжения при температурах, K: 1 — 78, 2 — 70, 3 — 65, напряжения на образце в интервале 1–4B.

4 — 60.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 220 В.Б. Куликов, Г.Х. Аветисян, Л.М. Василевская, И.Д. Залевский, И.В. Будкин, А.А. Падалица чем в противоположной полярности, при одном и том же напряжении. Асимметрия границ ямы может приводить к различию в коэффициентах надбарьерного отражения носителей и, как следствие, к различию коэффициентов фотоэлектрического усиления при разных полярностях внешнего напряжения. Учет этих результатов при анализе зависимостей на рис. 1 и 3 позволяет сделать предположение, что начальные границы барьеров (т. е.

границы яма– барьер в начале его роста ) являются более пологими, чем конечные.

Остановимся теперь на эффекте аномально большой чувствительности ФС при нормальном падении излучения в отсутствие специальных устройств ввода. Ее Рис. 5. Зависимость коэффициента фотоэлектрического усивеличина, как известно, зависит от двух факторов: коэфления ФС на основе СКЯ от напряжения при температурах, K:

фициента фотоэлектрического усиления g и квантовой 1 — 78, 2 — 70, 3 — 65, 4 — 60.

эффективности. Значения g, как отмечалось выше, не являются аномально большими. Оценка из формулы для чувствительности ФС R max =(e/h)g, где h — энергия фотона, дает величину выше 8%. В обычных ФС на основе СКЯ, выращенных МЛЭ, при нормальном падении излучения величина существенно меньше.

Наличие значительной квантовой эффективности отражается и на значениях обнаружительной способности, которые также оказались неожиданно большими по сравнению с типичными значениями для СКЯ без устройств ввода излучения (рис. 6). Заметное повышение квантовой эффективности ФС на основе СКЯ, полученных МЛЭ, при нормальном падении излучения достигалось в случаях выращивания структур на подложках с ориентацией, при которой тензор эффективной массы имеет Рис. 6. Зависимость обнаружительной способности ФС на недиагональные члены, т. е. когда импульс электрона, основе СКЯ от напряжения при температурах, K: 1 — 78, взаимодействующего с электрическим полем электро2 — 70, 3 — 65, 4 — 60.

магнитной волны, направленным вдоль плоскости ямы, имеет составляющую, перпендикулярную слоям СКЯ [2].

В нашем случае все подложки, на которых выращидля ФС из структур, выращенных МЛЭ, и говорит о вались СКЯ, имели ориентацию 100, что не должно неплохом качестве барьеров в исследуемых образцах. приводить к появлению указанных эффектов. Наличие На рис. 6 приведены зависимости обнаружительной заметной фоточувствительности в наших СКЯ при норспособности ФС D от напряжения при различных мальном падении излучения можно было бы объяснить max температурах. Величина D рассчитывалась на осно- действием боковой поверхности мезы ФС как своеобраз max ве результатов измерения абсолютной чувствительности ной призмы, выполняющей функцию устройства ввода.

и шумового тока (рис. 3, 4).

Однако оценки, сделанные на основе сопоставления площадей боковой и фронтальной поверхностей мезы, показывают, что для реализации полученной чувстви4. Обсуждение результатов тельности в несколько десятых долей А/Вт либо время жизни неравновесных носителей в СКЯ должно быть На основании полученных результатов можно заклювыше 10-8 с, либо квантовая эффективность должна чить, что исследованные образцы структур включают превышать 100%. Измерения шумов не подтвердили ни квантовые ямы, которые не являются симметричными.

одно из указанных предположений. Добавим также, что Последнее утверждение может быть сделано хотя бы обратная сторона подложек ФС, которая при плохой на основании того, что ВАХ и зависимости чувствиобработке могла бы рассеивать сигнальное излучение тельности от напряжения являются асимметричными.

и служить устройством ввода, в нашем случае была Аналогичные результаты были получены на СКЯ, выполированной.

ращенных методом МЛЭ, с ямами, изготовленными асимметричными специально [1]. В работе [1] было Для объяснения полученного результата обратим внитакже показано, что при направлении внешнего поля в мание на следующее обстоятельство. Слабое поглощесторону более резкой границы асимметричной ямы на- ние излучения при его нормальном падении наблюдаблюдаются большая чувствительность и большие токи, ется, как правило, в СКЯ, выращенных методом МЛЭ.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Фоточувствительность структур с квантовыми ямами, выращенных методом МОС-гидридной... Такие СКЯ в наибольшей степени соответствуют моде- чувствительности от напряжения, спектров фоточувли прямоугольных и симметричных ям, положенной в ствительности дает основания полагать, что ямы в СКЯ основу теории, объясняющей это явление. Однако для являются несимметричными. Неожиданным результатом непрямоугольных асимметричных ям такая теория не явилось наличие весьма значительной фоточувствительразработана. Между тем, как показано в работе [3], от- ности в ФС на основе СКЯ при нормальном падении клонения формы ям от симметричной могут существен- излучения, хотя никаких специальных устройств ввода но влиять на поляризационную зависимость поглощения излучения ФС не имели. Проведен анализ возможных излучения в СКЯ. В случае СКЯ, выращенных методом причин наблюдаемых явлений. Установление их физиМОСГЭ, возможно существенное отклонение формы ческой природы, а также получение более детальной реальных ям от классической модели. Возникновение информации о структурных особенностях СКЯ, полуасимметрии в резкости границ яма–барьер может быть ченных методом МОСГЭ, требуют дальнейших исслесвязано с особенностями процесса МОСГЭ. В МОСГЭ дований.

газовые реагенты имеют более высокое давление. Они имеют более высокую вязкость, что может приводить Список литературы к продолжительным переходным процессам при переключении газовых потоков и, как следствие, к более [1] A. Brandel, A. Fraenkel, E. Finkman, G. Bahir, G. Livescu.

существенным, чем в случае МЛЭ, отклонениям формы Semicond. Sci. Technol., 8, S412 (1993).

ямы от прямоугольной и симметричной. Кроме того, [2] Y. Zhang, N. Baruh, W.I. Wang. Electron. Lett., 29 (2), как отмечалось выше, процессы МОСГЭ проходят при (1993).

температурах выше 700C. При этих температурах [3] W.E. Hagston, T. Stirner, F. Rasul. J. Appl. Phys., 89 (2), диффузия кремния, которым обычно легируют ямы, (2001).

[4] D.G. Deppe, N. Holonyak. J. Appl. Phys., 64 (12), R93 (1988).

становится весьма существенной [4], т. е., независимо от [5] A.Я. Шик. ФТП, 20 (9), 1598 (1986).

начального положения области легирования, по окончании процесса роста профиль распределения примеси Редактор Л.В. Шаронова не будет локализован в пределах ямы. Иначе говоря, во всех исследованных структурах, независимо от места Responsivity of multiple quantum well введения примеси, она будет присутствовать и в ямах, и structures, grown by MOCVD at normal в барьерах. Это приведет к тому, что при охлаждении incidence до криогенных температур примесь в барьерах будет ионизована, поскольку электроны перейдут на уровни в V.B. Kulikov, G.H. Avetisyan, L.M. Vasilevskaya, ямах, и на границе ям и барьеров возникнет встроенное I.D. Zalevsky, I.V. Budkin, A.A. Padalitsa поле. Приближенные оценки показывают, что величиSPE Pulsar“, на поля может достигать 105 B/cм. Такое поле могло ” 105187 Moscow, Russia бы вызывать деформацию изначально прямоугольной Sigm Plus“Co., и симметричной ямы и, как следствие, приводить к ” 109377 Moscow, Russia появлению заметного поглощения излучения при нормальном падении. О возможности такого влияния элек

Abstract

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.