Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Эпитиаксиальные и ионнолегированные структуры на основе фосфида галлия 10
1.1 Фосфид галлия и свойства p-n-переходов на его основе. 10
1.2 P-n-переходы, полученные эпитаксиальным наращиванием и ионным легированием .. 16
1.3 Анализ методов определения параметров центров безызлучательной рекомбинации. 21
1.4 Выводы по обзору литературы и постановка задачи исследования. 23
Глава 2. Стационарные и термостимул ированные процессы, сопровождающие измерение емкости. 26
2.1. Характеристика образцов для исследования. 26
2.2 Методики и погрешности измерения распределения концентрации примесей вблизи р-п-перехода. 29
2:3 Результаты емкостных измерений и расчеты профилей концентрации. 35
2.3.1 .Эпитаксиальные структуры. 35
2.3.2. Ионнолегированные структуры. 38
2.4. Термостимулированная генерация с глубоких уровней ОПЗ в р-п- переходах без накопления заряда (партия 1). 40
2.5 Изменение заполнения ловушек в близи середины запрещенной зоны в ОПЗ ионнолегированных р-n-переходов с накоплением заряда (партия 2). 45
2.6 Заключение к главе 2. 50
Глава 3. Рскомбинационные процессы в эпитаксиальных /?-я-переходах 51
3.1 Вольтамперные характеристики эпитаксиальных p-n-переходов при малом уровне инжекции. 51
3.2. Анализ температурных зависимостей рекомбинационных токов при малом уровне инжекции . 58
3.3. Анализ приведенной скорости рекомбинации и ее температурных зависимостей. 63 3.4.Определение параметров рекомбинационных процессов методом дифференциальных преобразований вольтамперной характеристики. 68
3.4.1. Определение параметров центров рекомбинации по дифференциальному показателю наклона ВАХ. 68
3.4.2 Метод, основанный на разделении производной приведенной скорости рекомбинации 3Ra? {U)j3V на составляющие. 72
3.4. Электролюминесценция эпитаксиальных и ионно-легированных структур фосфида галлия.
3.5. Заключение к главе 3.
Глава.4. Рекомбинационные процессы в ионно-легированных структурах . 80
4.1. Вольтамперные характеристики ионно-легированных переходов при малом уровне инжекции. 80
4.2. Анализ возможной многозарядности центров рекомбинации в ионнолегированных образцах. 87
4.3. Моделирование процессов туннельной рекомбинации в ионнолегированных образцах. 94
4.4. ВАХ эпитаксиальных и ионно-легированных переходов при высоком уровне инжекции 106
Глава 5. Изучение неоднородностей в ионно-легированных р-п- переходах . 110
5.1 Методы электронной микроскопии. ПО
5.2 Вторичная электронная эмиссия. 111
5.3 Метод наведенного тока, 112
5.4 Расчет распределения носителей вблизи дислокации. 119
5.5. Экспериментальное определение диффузионной длины, времени 129 жизни неравновесных дырок и их скорости рекомбинации на дислокации.
Выводы в диссертации
Список работ автора диссертации
Список литературы
- P-n-переходы, полученные эпитаксиальным наращиванием и ионным легированием
- Методики и погрешности измерения распределения концентрации примесей вблизи р-п-перехода.
- Анализ температурных зависимостей рекомбинационных токов при малом уровне инжекции
- Анализ возможной многозарядности центров рекомбинации в ионнолегированных образцах.
Введение к работе
Актуальность работы. Ионное легирование является важным
_ инструментом создания полупроводниковых приборов. Разработан ряд методов
т с
и приемов осуществления данных процессов. Для соединений группы А В актуально легирование бериллием. Этот элемент создает высокую концентрацию мелких акцепторных состояний и в связи с этим является
Щ перспективным для изготовления мелкозалегающих р-слоев, к которым легко
создать высококачественный омический контакт. Эти оба обстоятельства, а именно: хороший омический контакт и тонкий слой с акцепторной проводимостью делают подобные структуры перспективными с точки зрения создания оптоэлектронных приборов.
Одним из важных направлений развития оптоэлектроники является создание фотоприемников на основе широкозонных полупроводниковых материалов. В сочетании с тонким полупроводниковым слоем, прилегающим к поверхности, такие приемники являются эффективными в ультрафиолетовой области спектра.
* В данной работе изучаются приемники излучения на основе фосфида
с«н- галлия, изготовленные методом ионного легирования бериллием. Однако
первым требованием для приемника излучения является низкий уровень темновых обратных токов. Это вызывает необходимость более подробного изучения механизмов переноса носителей заряда в обратносмещенных ионно-легированных структурах.
Ионное легирование приводит к интенсивному дефектообразованию, как первичному, в процессе которого образуется ансамбль простых собственных точечных дефектов, так и вторичному, при котором из первичных дефектов и примесей образуются комплексы. Высокая плотность дефектов при ионном
ж легировании приводит к образованию сложных, ассоциированных образований
типа кластеров, а также дислокаций.
В данной работе изучаются механизмы переноса носителей заряда в ионно-легированных бериллием /?-я-переходах на основе фосфида галлия. В
силу процессов первичного и вторичного образования исследуемые структуры
стали пространственно неоднородными. Механизмы протекания тока в таких структурах становятся комплексными. Подобные структуры в научной литературе исследованы еще недостаточно. В то же время понимание физических процессов в них позволит расширить знания в области оптоэлектроники и конструирования оптоэлектронных приборов. Для того, чтобы выявить особенности, связанные именно с ионным легирование, параллельно исследуются аналогичные структуры, выращенные методом жидкофазной эпитаксии. В целом работа направлена на повышение качества оптоэлектронных приборов, и тема работы в настоящее время актуальна.
Целью работы является изучение механизмов переноса тока в пространственно неоднородных ионно-легированных р-п-переходах на примере фотоприемников, изготовленных на основе фосфида галлия, легированного бериллием.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
изучаются особенности интерпретации результатов измерений вольт-фарадных и термостимулированных характеристик эпитаксиальных и ионно-легированных структур;
проводится сопоставительный анализ процессов переноса тока в эпитаксиальных и ионно-легированных структурах, моделируются возможные альтернативные механизмы переноса тока в пространственно-неоднородных структурах;
изучаются механизмы формирования контрастов наведенного тока; определяются свойства объектов, их формирующих, и сопоставляются с результатами, полученными из электрических измерений.
Новые научные результаты:
1. Показано, что в ионно-легированных структурах в интервале энергий 1.0-1.1 эВ, отсчитанных от зоны проводимости, имеется высокая плотность локальных состояний, средняя концентрация которых (10|7см~3) превосходит концентрацию технологических примесей (3*1015см). Наличие данных
глубоких ловушек приводит к эффектам накопления заряда, которые необходимо учитывать при обработке емкостных характеристик структур. Подобные состояния в эпитаксиальных структурах отсутствуют.
Разработана новая модель заполнения ловушек у середины запрещенной зоны и алгоритмы получения параметров глубоких центров, опирающиеся на анализ данной модели.
Показано, что в ионно-легированных структурах прямые и обратные вольт-амперные характеристики обусловлены токами туннельной рекомбинации с участием локальных состояний у середины запрещенной зоны. В это же время в эпитаксиальных структурах эти же характеристики связаны с рекомбинацией в области пространственного заряда.
Исследование контрастов наведенных токов показывает, что ионно-легированные структуры являются пространственно-неоднородными. Скорость рекомбинации возрастает вблизи макроскопических дефектов, обусловленных кластерами точечных дефектов, которые в частности могут скапливаться вблизи дислокации.
Результаты, имеющие практическую ценность:
Методами термостимулированной емкости, рекомбинационной спектроскопии, а также путем исследования тунельно-рекомбинациониых процессов и температурных зависимостей функции заполнения ловушек у середины запрещенной зоны определены параметры основных глубоких ловушек в ионно-легированных и эпитаксиальных структурах, в том числе концентрации, энергии термической активации, коэффициенты захвата электронов и их отношения.
Разработан алгоритм определения концентрации, энергии активации и отношения коэффициентов захвата ловушек, расположенных у середины запрещенной зоны и одновременно обменивающихся электронами и дырками как с зоной проводимости, так и с валентной зоной. Данный алгоритм апробирован при исследовании антиструктурных дефектов в фосфиде галлия.
Разработан метод определения параметров глубоких уровней на основе анализа токов туннельной рекомбинации и апробирован на основе исследования дефектов в ионно-легированных структурах.
Разработаны модели и алгоритмы анализа контрастов наведенных токов в пространственно неоднородных структурах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Ионное легирование фосфида галлия бериллием приводит к появления
высокой концентрации дефектов у середины запрещенной зоны в интервале
энергий 1.0-1.1 эВ, отсчитанных от дна зоны проводимости.
2. Высокая плотность локальных состояний у середины зоны ионно-
легированных структур приводит к эффектам накопления заряда, которые
оказывают влияние на результаты емкостных измерений.
Вольт-амперные характеристики эпитаксиальных структур обусловлены рекомбинацией в области пространственного заряда через центры с энергиями активации 0.25, 0.35, 0.55 и 0.65 эВ.
Локальные состояния у середины запрещенной зоны приводят к появлению токов туннельной рекомбинации, которые формируют прямые вольт-амперные характеристики и обуславливают появление избыточных обратных токов.
Глубоколежащие ловушки скапливаются в макроскопические дефекты, обуславливающие пространственную неоднородность в области, непосредственно прилегающей кр я-переходу.
Апробация работы: По материалам диссертации были представлены тезисы и доклады на следующие конференции: Всероссийский симпозиум «Растровая электронная микроскопия и аналитические методы исследования твердого тела», (Черноголовка, 1997), Международная конференция «Центры с глубокими уровнями в полупроводниках и полупроводниковых структурах» (г. Ульяновск, 1997), Международная конференция «Оптика полупроводников», (г.Ульяновск,
2000), Международная конференция «Оптика, оптоэлектроника и технологии», (г.Ульяновск, 2001,2002).
Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов достигнута проведением измерений апробированными методиками на автоматизированных информационных комплексах, укомплектованных новой аттестованной измерительной аппаратурой, согласием экспериментальных результатов и теоретических моделей развитых в ходе работы, согласием основных результатов, полученных в работе, с данными других исследователей.
Личное участие автора. В диссертационной работе изложены результаты полученные как лично автором, так и в соавторстве. Все экспериментальные результаты работы, расчеты и обработка результатов получены и выполнены автором самостоятельно. Научным руководителем оказана помощь в интерпретации некоторых экспериментов и разработке модели туннельной рекомбинации.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 [печатных работ, в том числе Зг-етатьи и 7 тезисов докладов, опубликованных в сборниках трудах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Диссертация изложена на 147 листах, содержит 40 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 122 наименований.
P-n-переходы, полученные эпитаксиальным наращиванием и ионным легированием
Вторая партия образцов изготавливалась методом ионной имплантации [59] Be в эпитаксиальные слои GaP. Подробностями, касающимся технологии легирования и отжига, сопровождающей процессы изготовления приборов, исполнители работы не располагают.
Ионная имплантация заключается в облучении очищенной поверхности полупроводника пучками ионов [59]. Ионы, обладающие высокой кинетической энергией, внедряются в полупроводник, создавая запас примеси. Вместе с этим при имплантации создается большое число дефектов, поэтому необходимой технологической стадией является отжиг или кристаллизация.
Известно, например, что в случае имплантации в полупроводник малых доз, решетка его в основном сохраняет свою целостность, включая лишь изолированные друг от друга области разупорядочения. При более высоких дозах эти разупорядоченные области перекрываются, образуя сплошные аморфные слои. В следствие их беспримесности и чистоты границы раздела кристалла с аморфным слоем излучение этих слоев оказалось очень полезным с точки зрения исследования процессов твердофазной кристаллизации в полупроводнике. Не случайно, что полные сведения о кинетике такой кристаллизации были получены в ранних исследованиях процессов отжига в печи имплантированных аморфных слоев [59-62].
Кроме того, ионная имплантация позволяет контролируемо вводить в аморфный слой добавки и примеси, так что процесс их внедрения в решетку вблизи кристаллизующейся границы раздела можно изучать в зависимости от температуры, времени и ориентации поверхности. Такая методика дает возможность, в частности, получать пересыщенные твердые растворы.
При проникновении энергетического иона в твердое тело кинетическая энергия, сообщаемая атомам решетки при ядерных столкновениях, может быть достаточной для того, чтобы вызвать смещение атомов. В следствие этого, единичное (первичное) соударение имплантированного иона с атомом решетки способно привести к образованию целого каскада смещенных атомов. На длине своего пробега имплантированный в полупроводник ион может инициировать множество таких каскадов смещений в пределах некоторого объема, окружающего его трек. Эти лавинные процессы смещений атомов вызывают накопление радиационных нарушений в решетке полупроводника.
Существуют различия в повреждениях, создаваемых в полупроводнике легкими и тяжелыми ионами. Легкие ионы создают изолированные скопления дефектов в полупроводнике, остающимся при этом значительно кристаллическим, тогда как бомбардировка тяжелыми ионами приводит к возникновению отдельных аморфных зон непосредственно вследствие ударов отдельных ионов [59-62].
Динамический отжиг в ходе ионной бомбардировки приводит к уменьшению степени структурной разупорядоченности и, возможно, изменяет характер наблюдаемых повреждений вследствие образования комплекса дефектов. Важно различать два типа отжига, которые возможны в ходе ионной имплантации: 1. динамический отжиг повреждений, производимый отдельными ионами; 2. тепловой или объемный отжиг нарушенных слоев вследствие возрастания температуры мишени при имплантации. Различие между этими случаями обнаруживается по изменениями при различных скоростях набора дозы [59].
Таким образом, несмотря на достаточно отработанную технологию, ионно легированные образцы содержат повышенную концентрацию дефектов, которая превышает термодинамически равновесную. Более того, высокая концентрация дефектов может приводить к образованию внутренних напряжений в кристалле и появлению дислокаций.
Структурные дефекты по геометрическим признакам могут быть разделены на четыре класса: точечные (нуль мерные), линейные (одномерные), плоские (двумерные), объемные (трехмерные) [63-67]. Другая классификация дефектов разделяет их по характеру разупорядочения кристаллической решетки, которое имеет место при образовании того или иного дефекта. Представление о различных типах дефектов с этих позиция дает рис. 1.1. [68,69]. К точечным дефектам относятся вакантные узлы кристаллической решетки (вакансии), междоузельные атомы, атомы примесей чужеродных элементов, а также сочетания этих дефектов (комплексы). Хорошо известными примерами комплексов точечных дефектов являются такие образования: примесь-вакансия, примесь-примесь, дивакансия, тривакансия и т.д. К линейным дефектам относятся дислокации и микротрещины. К плоским дефектам относятся границы зерен и двойников, дефекты упаковки, межфазные границы и границы кристалла.
Методики и погрешности измерения распределения концентрации примесей вблизи р-п-перехода.
Одним из традиционным направлений ведущихся на кафедре ОиСТТ разработок является автоматизация физического эксперимента. Практически все основные измерения (ВАХ, ВФХ и т.д.) проводятся в автоматическом режиме, что позволяет получать наиболее подробные экспериментальные зависимости.
Автоматизированный комплекс по измерению вольтфарадных характеристик (ВФХ) построен на основе С L R - измерителя Е7-12, имеющего канал общего пользования (КОП), при помощи которого и реализовывалась связь приборов с компьютером. Погрешность измерения емкости Е7-12 на диапазонах 100 пФ и 1000 пФ составляла не больше 0,34%.
На рис.2.2. приведена принципиальная схема измерения ВФХ. На исследуемый/г-п-переход Е7-12 подает малосигнальное переменное напряжение (амплитуда по выбору 0.1В и 1В) с частотой f0 = 100 кГц, при помощи которого мостовым методом определяет L, С, R. Блок питания через фильтр, развязывающий цепи смещения и высокой частоты, задает внешнее постоянное напряжение смещения Е. В качестве блока питания использовался Б5-47 для и,напряжений до 10 В (минимальный шаг по напряжению - 0.01 В) и Б5-43 для напряжений до 300 В(минимальный шаг по напряжению - 1В), имеющий тот же интерфейс, что и Б5-47. Блок питания связывается с КОП через устройство связи Ф2109.
Реальное напряжение на р-п -переходе, особенно в случае U - UK и /- t/ir, отличается от напряжения Е, задаваемого блоком питания. Е7-12 позволяет измерять реальное U внешним вольтметром. В качестве вольтметра использовался электронный универсальный вольтметр В7-46, также имеющий интерфейс КОП. Аппаратная погрешность В 7-46 в режиме вольтметра в диапазоне 2 V составляла 0,02%. Проводя в цикле последовательность действий: 1) установка напряжения на блоке питания, 2) опрос Е7-12, 3) опрос вольтметра можно получить как в виде массива, так и в виде файла измеряемой зависимости. Результаты измерения емкости приведены на рис. 2.3. Емкость измеряется по квадратичному закону в образцах обеих групп, какэпитаксиальных, так и ионно легированных. Распределение концентрации примесей вблизи р-п- перехода определялось в результате пересчета экспериментальных кривых емкость-напряжение. Теоретическое обоснование этого метода заключается в следующем [88]: В процессе измерения к jP-и-переходу прикладывается напряжение. Это напряжение состоит из постоянной составляющей, которая задает ширину области пространственного заряда, и переменной составляющей, с помощь которой производится измерение. Амплитудное значение переменной составляющей не превышает 25 мВ. Внешнее напряжение способно изменять высоту потенциального барьера и напряженность электрического поля области пространственного заряда (ОПЗ). Вместе с этим изменяется заряд ОПЗ, а, следовательно, и емкость. Синхронное изменение напряжения и заряда говорит о том, что ОПЗ обладает емкостью Q , которую называют барьерной и определяют формулой: где: SQ- изменение заряда при изменении напряжения в ОПЗ.
Под зарядом ОПЗ понимают абсолютное значение отрицательного либо положительного заряда в одной из областей. Заряд создается всеми ионизированными центрами рекомбинации и прилипания в ОПЗ. Термин примесь при этом использовать не верно, так как центры могут создаваться собственными дефектами, комплексами и дислокациями. При этом различают мелкие и глубокие центры. Разделение их условно. Оно опирается на сравнение энергии термической активации для перехода дырки либо электрона с центра в одну из разрешенных зон с тепловой энергией - кТ. Условно, если энергия активации перехода больше 10кТ, то центр считается глубоким.
С этой точки зрения необходимо ввести иной принцип разделения центров на мелкие и глубокие. Мелким будем считать центры, которые успевают ионизоваться за полпериода переменного сигнала, а глубокие не успевает. Постоянная времени ионизации обратно пропорциональна скорости термической эмиссии, например, для электронов [25]: e „=rncnNcexV{-E,lkT) где: г„- фактор вырождения электронных состояний; образующих центр, с„-коэффициент захвата электронов на центр; Л - эффективная плотность состояний на дне зоны проводимости; Ес энергия активации термической эмиссии электронов, отсчитанная от дна зоны проводимости.
Анализ температурных зависимостей рекомбинационных токов при малом уровне инжекции
Формулу (3.1.3) можно аппроксимировать более простыми выражениями, Для этого предположим, что уровень рекомбинации лежит в верхней половине зоны и единицей в числителе формулы (3.1.3) можно пренебречь по сравнению с экспонентой. Тогда выделяются две области напряжений в зависимости от того, какой из двух оставшихся членов в знаменателе больше.
Отличительные особенности ВАХ заключаются в том, что она лежит в области самых малых напряжений смещения, а дифференциальный показатель наклона ВАХ (3.1.1) равен единице. Последнее обстоятельство позволяет выделить этот участок ВАХ, не прибегая к вычислению неравенства (3.2.1). Заметим при этом, что в /j-л-переходах на основе GaP и других широкозонных полупроводников при малых напряжениях диффузионные токи всегда меньше рекомбинационных. Поэтому его величина определяется выражением (3.2.2), а не уравнением для диффузионного тока.
Эксперимент выполнялся следующим образом. Измерения проводились на информационно-измерительном комплексе, блок-схема которого приведена на рис.3.1. При фиксированном напряжении прямого смещения проводилось измерение температурных зависимостей вольтамперных характеристик. Напряжение изменялось через одну десятую вольта. На рис.3.4 приведена эта зависимость в координатах Арениуса, построенная для различных напряжений прямого смещения.
Экспериментальные результаты были подвергнуты численному дифференциальному преобразованию, в результате которого, были получены зависимости энергии активации по формуле (3.2.4) в различных температурных диапазонах (Рис.3.5). Оказалась, что эта величина не постоянная. По видимому, это связано с тем, что рекомбинационные потоки перераспределяются между рекомбинационными центрами с изменением температуры и напряжения смещения, Чем выше напряжения смещения, тем больший вклад в процессы рекомбинации вносят центры с меньшими энергиями активации. При малых напряжениях смещения, уровень инжекции мал. В этом случае центры, которые имееют небольшие энергии активации играют роль центров прилипания, так как находятся выше квазиуровня Ферми в ОПЗ. С ростом напряжения и инжекции, квазиуровни Ферми приближаются к разрешенным зонам. Как только квазиуровень Ферми пересекает энергетический уровень центра, последний превращается из центра прилипания в центр рекомбинации. Таким образом, при начальных напряжениях смещения в рекомбинации участвуют центры в близи середины запрещенной зоны, а затем подключаются центры с меньшими энергиями активации.
В работе удалось разработать наглядную диаграмму, иллюстрирующую переход центров прилипания в центры рекомбинации. Для этого на диаграмме (рис. 3.5) определялись области температур, где энергия активации приближалась к значениям энергии, определенным методом термостимулированной емкости. И эти участки строились на диаграмме, по оси ординат которой откладывалась температура, а по оси абсцисс - напряжение прямого смещения. Из-за высокой ширины запрещенной зоны фосфида галлия и ограниченности диапазона измерения токов удалось выделить области превращения из центров рекомбинации только двух, имеющих энергии термической активации 0.35 и 0.25 эВ. Например из данной диаграммы следует, что центр с энергией 0.35
Данная величина введена в [25] и является обратной к времени жизни. В силу того, что роль центра в процессах рекомбинации изменяется с ростом уровня инжекции, то эта величина позволяет анализировать особенности данных процессов. Результаты измерений и вычислений приведены на рис. 3.6. На графике имеют место перегибы и полочки, характерные для рекомбинации в ОПЗ.
Таким образом, в полулогарифмическом масштабе приведенную скорость рекомбинации можно представить двумя пересекающимися прямыми, одна из которых имеет известный теоретический наклон е/2кТ, а другая параллельна оси напряжений. Этим обстоятельством пользуются для разделения рекомбинационных процессов на отдельные составляющие.
Рассмотрим эту процедуру на примере одного из образцов. Начинаем процесс разделения из области малых напряжений. Проводим полочку (3.3.4)таким образом, чтобы при вычитании ее из экспериментальных результатов возникла прямая линия (3.3.3). При вычитании пользуемся табличными значениями Rnpm. При этом выделяется первый рекомбинационный процесс и хвост второго, затем находим полочку для второго процесса. Подбираем ее так, чтобы третий процесс получил теоретический наклон хвоста и т.д. Всего у нас выделено четыре процесса.
Анализ возможной многозарядности центров рекомбинации в ионнолегированных образцах.
В этом пункте будет сделана попытка выяснить, почему fl 2 в области напряжений 0.8 - 1.2 В. Для этого выполним моделирование рекомбинации через многозарядные центры в исследуемых образцах. Сделаем это, опираясь на работу [26]
Рассмотрим процессы рекомбинации через многозарядные центры более подробно. Будем предполагать, что в р-п переходе имеет место: тепловое равновесие, отсутствует освещение, туннельные переходы и другие факторы. Поэтому тепловые процессы полностью определяют скорости рекомбинации; все центры, образующие энергетический уровень, находятся в эквивалентных состояниях и имеют одну и ту же энергию активации, отсчитанную от дна зоны проводимости; не рассматриваются Оже-процессы. Не учитываются непосредственные переходы носителей заряда между ловушками.
Рассмотрим ловушку, которая может захватить некоторое количество (0-к) электронов. При выбросе каждого из электронов в зону проводимости необходимо затратить энергию Etm , которую будем называть энергией термической активации и отсчитывать от дна зоны проводимости. Центр может изменить свое зарядовое состояние в результате захвата электрона или дырки, а также эмиссии этих частиц. Захват электрона или эмиссия дырки приводят к изменению заряда на центре на величину q, а захват дырки или эмиссия электрона вызывают изменения заряда на +д.
В нашем случае это кривые 2 и 3. Если соотношение коэффициентов захвата обратное, то участка с fi 2 наблюдаться не будет. Из рис.4.3. следует, что участок с р 2 является первым. Это противоречит сделанному выше анализу. Поэтому можно сделать вывод, что наблюдаемый участок не связан с рекомбинацией через многозарядные центры. По всей видимости, имеет место туннельная рекомбинация, но ре комбинационных центра не один, а два. Как показывает моделирование [26], при наложении процессов рекомбинации двух не зависимых центров на кривой дифференциального показателя наклона В АХ наблюдается провал.
Таким образом, сделанный вывод показывает, что имеет место рекомбинация с участием двух групп рекомбинационных центров, которые обладают настолько высокой концентрацией, что рекомбинация сопровождается прыжковым переносом, вызванным туннелированием между двумя соседними локальными состояниями. 4.3.Моделирование процессов туннельной рекомбинации в ионнопегированных образцах. Наряду с совершенными кристаллическими полупроводниковыми материалами исследуются и применяются неоднородные материалы, в которых электроны и дырки могут быть пространственно разделены и для рекомбинации вынуждены туннельно преодолевать потенциальные барьеры. В первую очередь к таким материалам относятся компенсированные полупроводники [106], в которых из-за некоррелированного распределения примесей возникают флуктуации зонного потенциала. При стремлении степени компенсации к единице амплитуда флуктуации сравнима с шириной запрещенной зоны. Флуктуации также могут возникать из-за колебания состава твердых растворов. К этой же категории можно отнести широкий класс стеклообразных и аморфных материалов [107]. Возрастающую роль в электронике играют структуры с квантовыми ямами. Например, на основе таких структур созданы высокоэффективные светоизлучающие приборы на базе широкозонных соединений A3BS [108-109]. В этих структурах также возникает пространственно- неоднородное распределение свободных носителей заряда и центров рекомбинации, что может приводить к новым физическим эффектам. -Рекомбинация в пространственно-неоднородных структурах исследовалась в ряде работ [110-112]. Однако обобщенная модель рекомбинации, объединяющая рекомбинацию и туннелирование развита только в работе [47]
Схема рекомбинации изображена на рис.4.8. В соответствии с ней существует две области полупроводника, в которых в силу ряда причин сложились различные концентрации свободных носителей и локализованных состояний, которые могут служить центрами рекомбинации. Эти области разделены тонким, туннельно-прозрачным слоем. В каждой из областей имеются центры рекомбинации, которые распределены по энергиям в соответствии с некоторым законом, который в общем случае не известен. Рекомбинация носителей заряда в каждой из областей может происходить независимо. В силу различных причин, а в первую очередь из-за пространственно-неоднородного распределения электрического потенциала, эти концентрации имеют различные значения в каждой из связанных областей. Однако, вследствие того, что в системе устанавливается квазиравновесие ( так как имеют место инжекция и генерация), свободные носители заряда каждого типа образуют единую подсистему. Концентрации электронов и дырок в общем случае не равны между собой. Изменение их концентраций складывается из изменений концентраций во всех связанных областях. Распределение ловушек по энергиям определяется физическими особенностями полупроводника и условиями образования структуры. В соседних связанных областях они могут быть различны.
