Введение к работе
Актуальность темы.
Явление долгоживущей фотопроводимости заключается в следующем. Пусть полупроводник охлажден в темноте до низкой температуры. При последующем освещении его проводимость, как правило, возрастает. Если она остается неизменной длительное время после того, как освещение выключено, то такое явление называется долгоживущей ФОТОПРОВОДИМОСТЬЮ (persistent photoconductivity). ОНО НЭ-
блюдается в iii-v полупроводниках п-типа (GaAs под давлением,
AlGaAs, AlGaSb), СЛОИСТЫХ СИСТеМЭХ ТИПЭ PbSnTe, ЭМОрфНОМ Si И Др.
По величине изменения проводимости могут доходить до нескольких порядков.
В GaAs И AlGaAs ПрИЧИНОЙ ДОЛГОЖИВУЩеЙ ФОТОПРОВОДИМОСТИ (ДФ)
являются особые ловушечные состояния донорной примеси, которые получили название Dx-центров. Освещение ионизует DX-центры и приводит к метастабильному заполнению состояний зоны проводимости, т.е. к ДФ.
Dx-центры принципиально отличаются от ряда других глубоких ловушек тем, что они не включают в себя каких-либо структурных дефектов, кроме самого донора замещения. Под Dx-центрами в настоящее время понимают не какой-либо структурный комплекс, а именно донорное состояние, обладающее особыми свойствами. Его образуют доноры как iv, так и vi группы. Само название Dx-центр имеет историческое происхождение.
В принципе в состоянии Dx-центра могут находиться все доноры в (Ai)GaAs. Поэтому многие свойства легированных полупроводников сильно зависят от поведения Dx-центров. Именно они определяют такие параметры AlGaAs п-типа, как концентрация свободных электронов и проводимость. Dx-центры могут существенно влиять на свой-
- г -
ства двумерного электронного газа в селективно легированных
AlGaAs/GaAs ГЄТЄрОСТруКТураХ.
В последние года в понимании физики Dx-центров достигнут значительный прогресс. Однако общая картина представлений об их природе и свойствах еще далека от завершения. Происхождение ДФ по-разному трактуется различными тео ліческими моделями. Неясно, какими конкретно структурными изменениями сопровождается образование Dx-центров различными донорами. До сих пор отсутствует однозначный ответ на важнейший вопрос о зарядовом состоянии Dx-центра. Поэтому вплоть до настоящего времени Dx-центры остаются предметом многочисленных интенсивных исследований.
Цель и основные задачи работы.
Целью работы являлось изучение метастабильного заполнения зонных состояний при долгоживущей фотопроводимости и релаксации ДФ. Ставились такие задачи, как выяснение роли х- и l-долин и связанных с ними донорных уровней в ДФ, экспериментальное нахождение типа кинетического уравнения, описывающего релаксацию ДФ, и его параметров. Последняя задача включала в себя также попытку определения зарядового состояния Dx-центра.
Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту.
В работе впервые экспериментально показано, что в условиях ДФ метастабильные электроны заполняют состояния, относящиеся к различным долинам зоны проводимости, распределяясь между ними термодинамически равновесно. Обнаружен новый вид ДФ, связанный с метастабильным заполнением локализованных донорных состояний. Детально исследована релаксация ДФ, показано, что она носит термо-активационный характер, а ее неэкспоненциальность связана с изменением энергии Ферми электронного газа в процессе релаксации. По-
казано, что уширение термоактивационного барьера в случае вырожденного электронного газа влияет на релаксацию значительно сильнее, чем в случае невырожденных электронов. Получены свидетельства об отрицательном зарядовом состоянии DX-центра.
Научная и практическая значимость.
Результаты работы позволяют сделать выбор теоретической модели, описыващей ДФ. Показаны конкретные механизмы, определяющие кинетику захвата электронов на Dx-центр. Сделаны выводы о заряде DX-центра.
Результаты работы могут быть использованы в микроэлектронике
При СОЗДаНИИ СелеКТИВНО-ЛеГИрОВаННЫХ AlGaAs/GaAs ГЄТЄрОСТруКТУр,
на свойства которых Dx-центры оказывают значительное влияние.
Апробация работы.
Результаты работы были представлены на хіх Международной конференции по физике полупроводников (Варшава, 1988), на Международном симпозиуме "Dx-центры и другие метастабильные дефекты в полупроводниках" (Маутерндорф, 1991), на Первой национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992).
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит $tyстраниц текста, ^/"рисунков и 7 таблицы. Список литературы включает /С^наимено-вания.
