Введение к работе
Актуальность проблемы.
Развитие оптоэдектроникн в настоящее время существенно зависит от технологии получения полупроводниковых материалов с заданными параметрами. Дефекты с глубокими уровнями участвуют в процессах захвата, генерации и рекомбинации неравновесных носителей заряда, определяют квантовый выход светодиодов, влияют на быстродействие и обратные токи диодов, на чувствительность фотоприемников, и другие характеристики полупроводниковых материалов и приборов.
Для определения параметров глубоки уровней разработаны различные способы, в том числе ряд емкостных методик. При этом среди прочих методов наибольшее развитие и распространение получил так называемый метод релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ). Метод позволяет определять энергию активации термической эмиссии, сечения захвата основных и неосновных носителей на глубокий уровень, концентрацию центров. Однако метод РСГУ не позволяет непосредственно определять, природу фиксируемых глубоких центров.
В настоящее время фосфид галлия находит применение в основном для изготовления светодиодов зеленого и желто-зеленого цвета свечения. Решение проблемы повыщения качества структур GaP требует дальнейшего развития технологій изготовления однородных, структурно совершенных эпитаксиальных слоев большой площади с малыми концентрациям! легирующих и остаточных примесей. Существующие теоретические и экспериментальные исследования фосфида галлия показали, что дефекты с глубокими уровнями, возникающие при отклонении состава от стехиометрии, обусловленные выбором условий выращивания кристалла (состава раствора-расплава или газовой фазы, температуры, давления и др.), при некоторых условиях определяют важнейшие свойства этого материала такие, как концентрация носителей, диффузионная длина неосновных носителей заряда, эффективность люминесценции. В типичных коммерческих светодиодах желто-зеленого цвета свечения, изготовленных из
6aP:N, в свет преобразуется меньше 1Z поступащеи энергии, так как доминируют безыздучателыше рекомбинздионные процессы через' глубокие центры. Природа этих центров неизвестна. В связи с этим актуальной остается проблема выявления и идентификации глубоких центров, возникающих на разных стадиях изготовления СИД.
Цель работы.
Делыо настоятей работы яеляєтся определение структуры и исследование рекомбинационных свойств некоторых электронных и дырочных глубоких центров в эпитаксиальных слоях п-ОаР, выращенных методами газовой и жидкостной эпитаксии, при использовании методов РСГУ, вторичной ионной масс-спектроскопии, и фотолюминесценции. Исследования проводили на образцах, подвергнутых отжигу в парах фосфора и потоке водорода, выращенных при: варьировании потоков аммиака и кислорода, а также при изменении уровня легирования слоев n-SaP теллуром и диспрозием.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые
экспериментально установлено, что концентрация глубокого центра Ес-0.24 эВ в газофазных слоях GaP при изменении давления Р паров фосфора (Р4) при отжиге изменяется по закону Р~1/4, что указывает на связь этого центра с вакансиями фосфора;
определен коэффициент диффузии одной из компонент дефекта Ес-0.24 эВ, ответственной за профиль концентрации этого глубокого центра после отжига;
экспериментально обнаружена связь между концентрацией дефекта Ес-0.24 эВ и фоновым кремнием;
обнаружена экстремальная зависимость концентрации дефекта Ес-0.24 эВ от потока кислорода при росте слоев слоев n-GaP и дано объяснение этой зависимости;
предложены структура глубокого центра Ес-0.39 эВ в газофазных эпитаксиальных слоях n-GaP:N и реакция образования этого центра;
обнаружен эффект "статистического взаимодействия" глубоких центров Ес-0.16 эВ и Ес-0.24 эВ и дано объяснение этому эффекту;
экспериментально обнаружено, что по мере увеличения потока аммиака при росте эпитаксиальных газофазных слоев GaP концентрация всех глубоких центров, кроме связанных с азотом, уменьшается;
предложена структура глубокого центра Ev+0.75 эВ:
определена температурная зависимость сечения захвата для дырок на глубокий цептр Ev+О.ІЗ зВ;
экспериментально показало, что введение диспрозия в расплав при росте эпитаксиальных слоев n-GaP методом жидкостной эпитаксии уменьаает концентрацию глубоких центров донорного типа и приводит к генерации дефектов акцепторного типа;
зксперішентально определены сечения захвата для электронов и дырок на глубогай акцепторный центр Ev+0.70 зВ и их температурная зависимость.
Практическая значимость работы.
проведенные исследования влияния отжигав парах фосфора и потоке водорода на глубокие центры у поверхности в газофазных слоях GaP позволяют, оптимизировать процессы послеростового охлаждения и диффузии.
моделированием ситуации натекания воздуха в зону роста является вырацивание слоев GaP в присутствии кислорода. По трансформации спектров РСГУ можно идентифицировать этот процесс.
установленная связь глубоких центров Ес-0.24 эВ и Ev+0.75 зВ с фоновой примесью я собственными дефектами, а также определение рекоыбинационных свойств глубокого центра Ev+O-13 эВ, позволяет использовать информацию о концентрации этих центров при оптимизации условий роста слоев GaP, выращенных из газовой фазы.
исследование влияния введения диспрозия в расплав на глубокие центры в "жидкофазных слоях n-GaP помогло определению роли этой операции в общем технологическом процессе.
Научные подсекенкя выносимые на запиту.
-
Дефект, создавший глубокий уровень Ес-0.24 эВ в фосфиде' галлия, является слсшшн комплексом и имеет структуру SiGa-Vp, что ЯЕляется обобщением экспериментов по отжигу в парах фосфора и потоке водорода, изменения температуры подложки, потока аммиака, потока кислорода при росте- эпитаксиалъных слоев, легированию 6аР диспрозием и теллуроы.
-
Структура глубокого центра Ес-0.39 зВ в газофазных эпитаксиалъных слоях GaP:N имеет вид (N2)p-SiGa. что не противоречит всем известным экспериментальным данным.
-
Структура глубокого центра Ev+0.75 эВ имеет вид комплекса, состоящего кз собственных дефектов VpYGaGapVp, что не противоречит всем известным экспериментальным данным и оценкам дефектообразования в 6аР.
-
Исследование влияния введения диспрозия в расплав при росте слоев n-GaP на концентрацию и рекомбинационные свойства глубоких центров.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на 1-й и 2-й Российских конференциях по физике полупроводников (Н.Новгород, 1993 г.; Зеленогорск, 1995 г.), 3-м Российско-китайском Симпозиуме "Advanced Materials and Processes", Калуга, 1995 г., 6-м Межнациональном Совещании "Радиационная физика твердого тела", Севастополь, 1996 г.
Публикации.
По материалам диссертаций опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы.
