Введение к работе
Актуальность темы. Работа посвящена экспериментальному исследованию медленной релаксации примесного возбуждения в полупроводниках со сложной зонной структурой и является частью фундаментальной проблемы - кинетики электронных процессов в легированных полупроводниках.
В легированных полупроводниках наиболее быстрым процессом, определяющим время релаксации неравновесных носителей заряда при монополярном возбуждении, является захват на притягивающие ионы основной донорной (D+) или акцепторной (А") примесей. Этот процесс быстрой рекомбинации возможен благодаря захвату носителей п высокие возбужденные состояния примесей, имеющие гигантские сечения захвата. Дальнейшая релаксация возбуждения происходит за счет энергетической диффузии носителей по лестнице близко расположенных возбужденных состояний с испусканием и поглощением акустических фононов (каскадный захват [1, 2]). Однако такая быстрая релаксация возможна лишь в случае, когда существует спектр возбужденных уровнен примеси, энергетическое расстояние между которыми меньше характерной величины энергий фононов, с участием которых осуществляются переходы носителей. По мере спуска носителя но лестнице возбужденных состояний величина энергетических ступенек возрастает. В этом случае внутринентровые переходы могут статі) достаточно медленными, а время жизни т* в таких возбужденных состояниях может существенно превысить время жизни свободных носителей т.
Помимо захвата носителей на ионизованные атомы возможен также захват и на нейтральные доноры или акцепторы, в результате которого образуются стабильные состояния, аналогичные отрицательно заряженным атомам водорода - D" (А+) центры [3]. При этом в равной концентрации образуются ионы основной примеси D+ (А*). Рекомбинация D"-D+ (А+-А") состояний может быть достаточно медленным процессом даже при их высокой концентрации [4].
Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование физических процессов в легированных полупроводниках, приводящих к медленной релаксации примесного возбуждения.
Практическая значимость работы заключается в выяснении условий, при которых в легированных полупроводниках может проявляться медленная релаксация примесного возбуждения, ограничивающая быстродействие фотоэлектронных устройств.
Научная новизна (основные положения, выносимые на зашиту):
1. Обнаружено, что время релаксации прыжковой
поляризационной фотопроводимости с участием долгоживущих
возбужденных состояний примесей в кремнии, легированном
донорами V и акцепторами III групп, возрастает с увеличением массы
атомов как основной, так и компенсирующей примеси.
2. Экспериментально установлена фундаментальная зависимость
величины прыжковой поляризационной фотопроводимости от
концентрации основной примеси. Оба эти результата подтверждают
справедливость предложенной ранее модели поляризационной
прыжковой фотопроводимости в микроволновом электрическом поле.
3. Обнаружено, что в кремнии, легированном бором, мышьяком
и сурьмой, долгоживущими являются наинизшие возбужденные
состояния, отщепленные от основного состояния спин-орбитальным
или долин-орбитальным взаимодействиями. Фотоионизация этих
состояний, заселенных излучением теплового фона, проявляется в
возникновении ступенеобразных полос в спектрах поглощения.
4. Обнаружено, что долгоживущие возбужденные состояния
примесей в кремнии проявляются в спектрах длинноволновой
фотопроводимости, обусловленной D" (А+) комплексами. Показано,
что фотоионизация этих состояний примесей мышьяка и бора
приводит к гашению фотопроводимости по D" (А+) зонам.
Экспериментально определено время релаксации фотопроводимости,
связанной с D" (А+) комплексами в кремнии, легированном бором,
галлием и мышьяком.
5. Долгоживущие возбужденные состояния примесей
обнаружены также в других полупроводниках со сложной зонной
структурой. По релаксации поляризационной прыжковой
фотопроводимости определены времена жизни таких состояний в
германии, легированном мышьяком, и фосфиде галлия, легированном
теллуром.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Российских конференциях по физике полупроводников в Н.-Новгороде (1993 г.) и С.-Петербурге (1996 г); 22 и 23 Международных конференциях по физике полупроводников в Ванкувере (1994 г) и Берлине (1996 г); 18 Международной конференции по дефектам в полупроводниках (Сендай, 1995 г), 6 Международной конференции по мелким состояниям примесей в полупроводниках (Беркли, 1994) и
Международном симпозиуме по исследованию полупроводниковых приборов (Шарлопсвиль, 1995 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, трех Глав и Заключения; содержит 121 страниц, включая 43 рисунка, 1 таблицу и библиографию из 59 названии.
