Главная Промышленная автоматика.

цель, обсуждавшаяся ранее, показывает, что если мелкие донорные уровни вводятся специально в процессе роста и точно перекомпенсированы акцепторами Сг, то материал более устойчив к конверсии. Это явление наблюдалось экспериментально на слитках, легированных Сг и Те. Такой материал выдерживал отжиг в течение 1 ч при 750°С, особенно если образцы были вырезаны из нижней части слитка, где концентрация тех и других примесей выше [88]. Однако, как будет показано далее, высокая концентрация примесей приводит к другим нежелательным эффектам.

Термоконверсия наблюдается также в результате отжига с защитным покрытием после ионной имплантации. В этом случае конвертированный слой имеет проводимость и-типа [84], причем, при использовании нитрид-ного покрытия конвертирует материал, который устойчив к конверсии при отжиге без защитного покрытия. Очевидно, что отжиг с защитным покрытием приводит к потере Сг с поверхности [85].

1.3.2. ЭФФЕКТ ХОЛЛА И ГООТВЕТСТВУЮЩИЬ МГГОДЫ

Эффект Холла является основой для определения параметров полупроводников. Измеряя одновременно коэффивдент Холла и удельное сопротивление р, можно определить концентрацию основных носителей и холловскую подвижность д. Эти величины, в свою очередь, можно использовать для определения полной концентрации электрически активных примесей и глубины расположения преобладающего примесного уровня. Обзор использования методики Холла при измерении параметров проводящего GaAs приведен в работе [86].

Что касается полуизолирующего GaAs, то его исследование с помощью эффекта Холла встречает определенные трудности. Чрезвычайно вьюокое сопротивление образца может приводить к утечкам по поверхности. На процесс измерения также оказывают большое влияние эффект поверхностной проводимости и очень большая постоянная времени при nepeKJH04enHM полярности напряжения. Трудности можно уменьшить, применив измерительную систему с электрическими усилителями [87, 88]. Этот метод был успешно применен и описан в [25].

С помощью выражения для смешанной проводимости или сопротивления и коэффициента Холла можно найти коэффициент Холла в полуизолирующем арсениде галлия. Используя дополнительно магниторезистивный эффект, можно получить величины и, р, д„ и [25,26,89].

Для изучения свойств глубоких уровней в полупроводниках широко используют метод Холла с фотовозбуждением (фотоэффект Холла). Идентифицируют фотовозбужденнью носители (электроны или дырки) с помощью эффекта Холла. Таким образом можно отличить эмиссию электронов от эмиссии дырок, которая происходит с глубоких уровней. Этим методом исследовался полуизолирующий GaAs в работах [15, 28, 90 ~92].

1.3.3. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

Фотолюминесценция (ФЛ) является широко используемым методом для изучения мелких и глубоких уровней в полупроводниках. Люминесценция



возбуждается с помощью лазерного источника с длиной волны менее ширины запрещенной зоны. В катодолюминесценции (КЛ) источником возбуждения служит электронный луч. Для лучшего разрешения образец охлаждают до 4,2 К.

Исотедовалось изменение люминесцентной полосы, равной 0,65 эВ из GaAs, как функции парциального давления О2 в процессе роста кристаллов [13]. Широко изучался уровень, создаваемый Сг с помощью ФЛ, как в монокристалле [32, 33, 93], так и в эпигаксиальных слабо легированных слоях арсенида галлия [34, 94, 95].

Мелкие донорные и акцепторные уровни можно идентифицировать, используя ФЛ. В работе [96] идентифицировалось пять мелких акцепторных примесных уровней в GaAs. Метод ФЛ использовался для изучения собственных дефектов в GaAs путем ступенчатого отжига [76, 97]. Недавно с помощью ФЛ измерений определялась степень компенсации в эпитаксиальном GaAs [98, 99] и в монокристаллах [100].

1.3.4. ОПТИЧЕСКОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ И ФОТОПРОВОДИМОСТЬ

Эти взаимодополняющие методы являются основными при изучении примесных уровней в полупроводниках. Они широко использовались для изучения Сг и примесей других переходных металлов в GaAs и глубоких донорных уровней, часто связываемых с кислородом. В принципе свет с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны, поглощается при длинах волн, соответствующих энергетическому зазору между локализованным уровнем и зоной или между основным и возбужденным состоянием локализованного уровня. В первом случае проводимость увеличивается благодаря дополнительным носителям в зоне. Для того чтобы определить, какая зона участвует в процессе, можно использовать фотоэффект Холла.

Типичные спектры фотопроводимости полуизолирующего GaAs при 300 К приведены на рис. 1.9. Зависимость 1 соответствует образцу GaAs п-типа, легированному Сг, в котором весь хром находится в состоянии Сг"- [90, 91]. Пик 0,87 эВ соответствует центру Сг Такие же пики обнаружены в спектрах оптического поглощения [27] • Ддя GaAs р-гипа с Сг "резонансный пик" исчезает, но имеется резкий порог фотопроводимости при 0,8 эВ [35,91] (кривая 2). Зависимость 5 является типичным спектром

фотопроводимости "нелегированного" или "легированного" кислородом полуизолирующего GaAs. В этом случае нет резкого порога фотопроводи-

Рис. 1.9. Кривые фотопроводимости полуизолирующего GaAs:

1 - GaAs, легированный Сг, весь Сг в состоянии Сг* [28, 9о]; 2 - GaAs f-типа проводимости, легированный Сг [90]; 3 ~ нелегированный GaAs без Сг [15]




мости, а происходит ее медленное увеличение с ростом энергии фотона. Исследовались также спектры фотопроводимости с примесью Fe [49], Sc [50], СоиТ! [52].

Спектры фотопроводимости образцов, содержащих кислород и примеси переходных металлов, исследовались с помощью метода фотопроводимости на переменном токе [14. 16, 18]. Было установлено, что кислородный центр создает осциллирующий спектр при низкой температуре.

Концентрация Сг в системе GaAs с Сг оценивалась методами оптического поглощения в сочетании с измерением радиоактивным индикатором [101] и нейтронного активационного анализа или масс-спектрометрии [102].

1.3.5. СПЕКТРОСКОПИЯ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ

Изменение емкости барьера Шотки под действием освещения или температуры можно использовать в различных методах исследования низкоомных полупроводников. Хорошо известен метод - спектроскопия глубоких уровней по релаксации емкости (СГУ) [103]. В этом методе напряжение смещения на барьере Шотки переключается с прямого на обратное и измеряется изменение емкости на заданной частоте. Во время импульса при прямом смещении основные носители заполняют ловушки в области пространственного заряда. В течение более длинного импульса при обратном смещении ловушки, лежащие выше уровня Ферми (для и-типа), освобождаются со скоростью, зависящей ог температуры измерений. Когда основные носители высвобождаются, емкость изменяется экспоненциально с определенной постоянной времени. При определенной температуре эта постоянная времени соответствует AC = C(f i) ~С(2), где fi и f 2 фиксированные времена, измеренные от начала импульса при обратном смещении. В опытах по емкостной спектроскопии температуру изменяют, а значения ti vit поддерживают фиксированными.

Для каждого глубокого уровня ДС проходит через максимум при увеличении температуры. Из анализа данных по емкостной спектроскопии определяют скорость эмиссии носителей из глубоких уровней, энергетическое положение и концентрацию глубоких уровней. Детальное обсуждение этой проблемы приведено в [ 103].

Метод применялся для исследования глубоких уровней в GaAs многими авторами [42, 104- 106]. Вариант метода СГУ, в котором ловушки заполняются за счет возбуждения светом быстрее, чем за счет электрического возбуждения (фотоемкосгная спектроскопия глубоких уровней), описан в работе [107]. Метод позволяет изучать ловушки как основных, так и неосновных носителей, используя барьер Шотки. Другой метод "спектроскопия ловушек неосновных носителей" основан на использовании оптической генерации неосновных носителей в объеме вместо обедненной области [108]. Показано, как можно преодолеть некоторые ограничения метода фотоемкостной спектроскопии.

Другой тип емкостной спектроскопии для изучения глубоких уровней в проводящем материале - метод "дважды дифференцированной фогоемкос-ти" (ДДФ) - предложен в работах [37, 38]. В этом методе измерения про-28





0 1 2 3 4 5 6 [7] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0061