Фотоэлектрические методы определения коэффициента примесного оптического поглощения в полупроводниках и их применение к GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

г ^ ~ л п Правах рукописи

! \ и V >*

2 1* МАР ДО7

ПЛАНКИНА Светлана Михайловна

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРИМЕСНОГО ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ К ОаАз

01.04.10 — физика полупроводников и,диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород, 1997

Работа выполнена на кафедре физики диэлектриков и полупроводников факультета прикладной физики и микроэлектроники Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Карпович И. А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, доцент Демидов Е. С., кандидат химических наук Андреев Б. А:

. Ведущая организация: Институт физики микроструктур РАН, г. Нижний Новгород.

Защита состоится 9 апреля 1997 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 063.77.03 при ННГУ им. Н. И. Лобачевского по адресу: г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ННГУ им. Н. И. Лобачевского.

Отзывы просим направлять по адресу: г. Нижний Новгород, ГСП-34, пр. Гагарина, 23, корп. 3, НИФТИ ННГУ.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук,

Автореферат разослан «

1997 г.

профессор

Чупрунов Е. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Исследование оптического поглощения является одним из важнейших методов изучения энергетического спектра полупроводников: структуры энергетических зон и энергетического спектра примесных состояний. Коэффициент примесного оптического поглощения характеризует чистоту материала и совершенство его кристаллической структуры. Данные о концентрации примесей и дефектов и энергии их ионизации важны для физики, техники и технологии полупроводников.

Изучение примесного поглощения полупроводников прямыми оптическими методами, основанными на измерении интенсивности излучения, прошедшего через поглощающую среду, часто бывает невозможно из-за недостаточно высокой чувствительности этих методов, для повышения которой приходится увеличивать толщину образца в направлении распространения излучения, что не всегда возможно для полупроводниковых материалов. Определенного преимущества в чувствительности перед оптическими методами можно ожидать от методов, основанных на использовании явлений, возникающих в поглощающей среде под действием поглощенного излучения. К таким явлениям в полупроводниках относятся фотоэлектрические явления: фотопроводимость и различные фотовольтаические эффекты. Однако известные в настоящее время фотоэлектрические методы определения коэффициента примесного оптического поглощения имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих область их применения.

Целью данной работы является разработка новых фотоэлектрических методов определения коэффициента примесного оптического поглощения, позволяющих устранить недостатки существующих методов. Описанный во второй главе метод, основанный на измерении спектра фотопроводимости (ФП), разрабатывался применительно к полуизолирующим материалам, в которых ФП имеет объемный характер. Другой метод, описанный в третьей главе и основанный на измерении спектра конденсаторной фотоэдс (КФЭ), разрабатывался применительно к проводящим полупроводниковым материалам и слоям, в которых ФП имеет поверхностную (барьерную) природу, и поэтому первый метод оказывается неприменим. Существенное значение во

втором методе имеет использование в качестве эталона поглощения размерно-квантованных гетерослоев.

Оба метода разрабатывались применительно к полупроводникам типа СаАБ и апробировались на ваАБ и в меньшей степени на 1пР. В настоящее время полуизолирующие и проводящие монокристаллы ОаАэ и 1пР, а также эпитаксиальные слои и структуры из этих материалов широко используются в различных типах полупроводниковых приборов: СВЧ-транзисторах, лазерах, фотоприемниках, что определяет большой интерес исследователей к изучению свойств этих материалов. Особенно много публикаций в последние годы посвящено размерно-квантованным гетероструктурам на основе ОаАэ и 1пР.

Научная новизна работы

Предложены и экспериментально обоснованы два новых фотоэлектрических метода определения коэффициента примесного оптического поглощения в полупроводниках типа ОаАз, основанных на измерении спектров поперечной фотопроводимости и конденсаторной фотоэдс соответственно. Первый метод применим к полуизолирующим монокристаллам, второй - к проводящим слоям с встроенными в них квантовыми гетероямами.

С применением новых методов установлены особенности примесного поглощения в СаАв в области Ьу>0.7 эВ, связанные с технологией получения полуизолирующего СаАэ и дефектообразованием в проводящих эпитакси-альных слоях СаАэ при имплантации ионов аргона.

В связи с обоснованием методов получены новые результаты, касающиеся связи фотоэлектрической чувствительности с коэффициентом примесного поглощения в полуизолирующем СаАэ и механизма барьерной фотопроводимости и конденсаторной фотоэдс в эпитаксиальных слоях с встроенными квантовыми ямами.

Практическая ценность

Разработанные и апробированные в работе фотоэлектрические методы определения примесного оптического поглощения могут быть использованы для технологического контроля качества полуизолирующих материалов (СаЛв, 1пР и др.) и изучения дефектообразования в монокристаллах и эпитак-

сиальных слоях при различных технологических обработках (окисление, травление, имплантация и др.).

Положения, выносимые на защиту

1. Разработан новый фотоэлектрический метод определения коэффициента примесного оптического поглощения в полупроводниках, основанный на измерении относительной спектральной зависимости поперечной фотопроводимости. При выполнении некоторых условий метод позволяет определять и нефотоактивную часть коэффициента поглощения.

2. С помощью фотоэлектрического метода установлена связь примесного фотоактивного и нефотоактивного поглощения в области hv>0.7 эВ с особенностями технологии получения полуизолирующего GaAs, определены энергии ионизации и оценена концентрация глубоких центров (EL2 и других), с которыми связано поглощение в этой области, установлена связь собственной и примесной фоточувствительности с коэффициентом примесного поглощения. Определены параметры примесного поглощения полуизолирующего InP:Fe.

3. Выявлены особенности барьерной фотопроводимости и конденсаторной фотоэдс в слоях GaAs с встроенными квантовыми гетероямами, связанные с влиянием подсветки и с расположением квантовой ямы относительно поверхностного и внутреннего барьеров.

4. Разработан новый фотоэлектрический метод определения коэффициента примесного поглощения фотоактивных примесей и дефектов в гетерост-руктурах с квантовой ямой (КЯ), основанный на измерении спектра конденсаторной фотоэдс с использованием КЯ как эталона поглощения. С применением этого метода показано, что при имплантации ионов аргона в GaAs при низких энергиях и дозах (5 кэВ, 1012 см"2) один ион создает »6 центров EL2 в приповерхностной области шириной около 10 нм.

Апробация результатов

Основные результаты диссертационной работы докладывались на

• 1 Всесоюзной конференции "Физические основы твердотельной электроники", Ленинград, 1989;

• Всесоюзной конференции "Фотоэлектронные явления в полупроводниках", Ташкент, 1989;

• 5 Всесоюзной конференции по гетероструктурам, Калуга, 1990; и опубликованы в работах [1 *-8*].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и трех глав. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, включая 61 рисунок, 6 таблиц, библиографию из 112 наименований.

Содержание диссертации

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные задачи исследования и положения, выносимые на защиту.

В Главе I дан литературный обзор. Описаны известные фотоэлектрические методы определения примесного оптического поглощения [1-3]. Показано, что они обладают рядом недостатков, существенно ограничивающих область их применения. Для всех методов характерны трудности учета многократного отражения слабо поглощаемого излучения в образце (они связаны с тем, что фотоэффект измеряется только от части образца) и возможной зависимости подвижности и времени жизни от уровня фотовозбуждения (она особенно существенна для полуизолирующих материалов). Кроме того, методы [2] и [3] не имеют преимуществ перед оптическим методом и в чувствительности. В связи с этим возникла необходимость разработки новых фотоэлектрических методов.

В обзоре также описаны условия получения полуизолирующих монокристаллов СаАэ и 1пР и зависимость их фотоэлектрических свойств от способа компенсации мелкой примеси. Рассмотрены особенности оптического поглощения полуизолирующих ваАя и 1пР вблизи края фундаментального поглощения и в примесной области (Ьу>0.7эВ). Последнее в нелегированных кристаллах обычно связано с наличием собственных дефектов, в частности, в СаАэ - с центром ЕЬ2, который обнаруживается независимо от способа выращивания и является объектом многочисленных исследований. Такой интерес связан еще и с тем, что глубокие центры оказывают существенное влияние на свойства полупроводников и полупроводниковых приборов, а управ-

ляемое введение примеси, создающей в запрещенной зоне материала глубокие уровни, широко используется для решения целого ряда задач полупроводниковой технологии.

В Главе II описан новый фотоэлектрический метод определения коэффициента примесного оптического поглощения а, основанный на измерении спектральной зависимости относительной фоточувствительности. В отличие от [I] фоточувствительность измеряется во всем объеме образца в режиме поперечной ФП и ее нормировка производится по максимуму собственной фоточувствительности, что позволяет исключить ее зависимость от подвижности и времени жизни носителей.

Показано, что при объемном характере ФП и выполнении условий /¡, /0»Ц где I, (1=1, 2, 3) - линейные размеры образца, /а=а"1 - эффективная глубина проникновения излучения в образец, Ь - длина биполярной диффузии неравновесных носителей, нормированная по собственному максимуму 5>Фо(Ьу) фоточувствительность Э'ф может быть записана в виде:

т. е. она определяется только оптическими параметрами полупроводника и может быть использована для определения а. Знаменатель этого выражения учитывает многократное отражение в образце слабо поглощаемого излучения. При этом в достаточно толстом образце при достаточном разрешении монохроматора величина максимальной фоточувствительности Бфо, определяющая систематическую погрешность определения а, перестает зависеть от скорости поверхностной рекомбинации.

Для обеспечения постоянства времени жизни и подвижности фотоносителей заряда при изменении энергии фотона (IV и интенсивности 10(Ьу) возбуждающего света применяется дополнительная подсветка образца проникающим излучением с интенсивностью [„»^(Иу).

Наряду с фотоактивным поглощением в полупроводниках может иметь место и нефотоактивное поглощение. Показано, что если в исследуемой области спектра только часть полного поглощения является фотоактивной, то фотоэлектрическим методом можно определить и нефотоактивную часть поглощения, если она достаточно велика. Для этого нужно измерить относительную фоточувствительность на двух образцах различной толщины, из ко-

торых по крайней мере для одного образца должно выполняться условие а1>1.

Экспериментальная установка позволяла производить измерение спектральной зависимости поперечной фотопроводимости в видимой и близкой ИК-области спектра (0.7-г2.4эВ) с применением дополнительных подсветок образца неразложенным светом.

Исследования по экспериментальному обоснованию метода были проведены на полуизолирующем СаАэ. Показано, что в исследованных образцах выполняются условия применимости метода и при использовании подсветки вольтамперные и люксвольтовые характеристики имеют линейный характер. Полученные значения коэффициента оптического поглощения на краю собственного поглощения совпадают с литературными данными, в примесной области при а/«1 значения а, рассчитанные для образцов с различными значениями /, отличающимися в 30 раз, различаются менее чем на 20 %.

Поскольку длина волны А.0, на которой наблюдается максимум собственной фоточувствительности 5фо(Ао), находится на участке очень сильной (экспоненциальной) зависимости а(А.), то при конечной щели монохромато-ра в интервал ДА с центром при Х=Хо, определяемый шириной щели и дисперсией монохроматора, попадают волны с достаточно большим поглощением, для которых влияние скорости поверхностной рекомбинации может быть существенным.

Для образцов различной толщины проведена оценка спектрального интервала ДА., в котором поверхностная рекомбинация не оказывает значительного влияния на фоточувствительность в максимуме. Применение тонких образцов (/<1мм) предъявляет весьма жесткие требования к монохроматору, однако при />1см обеспечение необходимых условий не вызывает особых затруднений.

Результаты экспериментов по искусственному увеличению скорости поверхностной рекомбинации показывают, что в толстых образцах (/«1см) даже такое грубое воздействие, как шлифовка освещаемой поверхности алмазной пастой, приводит к изменению рассчитанного значения а менее чем на 20%, в то время как в тонких образцах это изменение может превышать 100%.

Основной путь устранения систематической погрешности, связанной с влиянием поверхностной рекомбинации на S(j)0(^,o)» при определении примесного оптического поглощения - проведение измерений на достаточно толстых образцах или уменьшение скорости поверхностной рекомбинации соответствующей обработкой поверхности.

Фотоэлектрическим методом получены спектры примесного оптического поглощения нескольких марок промышленного полуизолирующего GaAs. Наиболее заметное отличие в форме спектров проявляется в области 0.90-г1.25 эВ и связано оно, по всей вероятности, с наложением в этой области поглощения от нескольких типов ловушек с энергиями оптической ионизации более 0,7 эВ. По полученным спектрам определены суммарная концентрация примесных центров (при hv=l.l эВ) и энергия ионизации наиболее глубоких центров (EL2 и HL1). Исследованные материалы можно разбить на три группы, различающиеся по значению коэффициента фотоактивного поглощения (СХф):

• материалы, легированные элементарным хромом (АГЧПХ), с относительно большим коэффициентом примесного поглощения (афя2.5см"') и суммарной концентрацией глубоких центров N~10'7cm~3;

• материалы, изовалентно легированные индием (АГЧП-30), с относительно малым коэффициентом поглощения (аф~0.06см"') и концентрацией глубоких центров N-10'3 см'3;

• материалы, легированные хромом и кислородом и специально не легированные (АГЧП-3,-6), с коэффициентом поглощения 0,7 - 0,8см"1 и суммарной концентрацией глубоких центров N-10" см"3.

Полученные результаты согласуются с литературными данными, по которым совместное легирование хромом и кислородом позволяет получать материал с полуизолирующими свойствами при меньшей концентрации хрома, а изовалентное легирование индием приводит к уменьшению суммарной концентрации глубоких центров.

Анализ края примесного поглощения с использованием формулы Лу-ковского для оптического сечения захвата выявил наличие двух энергий ионизации примеси (0.75 и 0.68 эВ), которые приписаны возбуждению одних и тех же центров EL2 (Е<;-Е, и E,-Ev соответственно).

Показано, что с увеличением коэффициента примесного оптического поглощения происходит уменьшение собственной и увеличение примесной фоточувствительности, что связано с двойной ролью глубоких центров, выступающих одновременно как центры рекомбинации и центры примесной генерации.

При исследовании поглощения в полуизолирующем GaAs обнаружено нефотоактивное поглощение при hv>l эВ (300К), обусловленное внутрицен-тровым поглощением ЕЬ2-центров. В материалах третьей группы, в которых этот центр является преобладающим, нефотоактивное поглощение сравнимо с фотоактивным и квантовый выход ß«0.5 в области нефотоактивного поглощения. В материалах первой группы нефотоактивное поглощение меньше фотоактивного (ß«0.9). Расчет показывает, что концентрация хрома в них на порядок больше концентрации EL-2-центров. В материалах второй группы нефотоактивное поглощение не обнаружено, но вполне возможно, что оно существует и сравнимо с фотоактивным, но из-за малости последнего чувствительность фотоэлектрического метода к нефотоахтивному поглощению была недостаточна. Приведены спектры квантового выхода, полного и нефотоактивного поглощения в полуизолирующем GaAs.

При исследовании спектров ФП в полуизолирующем фосфиде индия, легированном железом, наблюдается сильное увеличение фоточувствительности в коротковолновой области спектра при включении подсветки, что может быть связано с изменением рекомбинационных параметров при переходе от объемного к поверхностному фотовозбуждению. На образцах со сколотой поверхностью обнаружено явление фотопамяти. Получены спектры примесного поглощения, определены энергии ионизации глубоких центров (железа и комплекса "вакансия фосфора + неконтролируемая примесь"). Нефотоактивное поглощение в фосфиде индия не обнаружено.

Глава III посвящена фотоэлектрическим явлениям в эпитаксиальных гетероструктурах с квантовыми ямами (ГКЯ) и разработке фотоэлектрического метода определения коэффициента примесного оптического поглощения в этих структурах.

В разделе 3.1 излагаются особенности явлений фотопроводимости и конденсаторной фотоэдс в проводящих слоях GaAs и 1пР. Описана модель

барьерной фотопроводимости (БФП), согласно которой ФП обусловлена изменением ширины квазинейтральной области слоя вследствие изменения ширины областей пространственного заряда поверхностного и внутреннего (п-0 потенциальных барьеров.

Для экспериментального подтверждения барьерной природы ФП слоев ОаАэ и 1пР проводились совместные измерения стационарной и малосигнальной фотопроводимости и конденсаторной фотоэдс, которая измерялась методом статического конденсатора на поверхностном и внутреннем барьерах. Стационарная ФП в согласии с теорией барьерной фотопроводимости логарифмически зависит от интенсивности постоянной подсветки, а малосигнальная БФП при подсветке обратно пропорциональна интенсивности подсветки и линейно зависит от интенсивности модулированного излучения.

При исследовании спектров ФП слоев п-СаАэ и п-1пР наблюдалось уменьшение величины ФП в коротковолновой части спектра при подсветке. Показано, что это явление обусловлено перераспределением вклада в фотопроводимость поверхностного и внутреннего барьеров при подсветке. БФП без подсветки связана в основном с поверхностным барьером, а при достаточно сильной подсветке - с внутренним барьером.

Наиболее сильно отличаются спектры с подсветкой и без на образцах СаАв с относительно толстыми слоями. В п-1пР поверхностная фотоэдс обладает большой инерционностью, спектры ФП определяются внутренним барьером и отличаются мало.

В разделе 3.2 дан обзор фотоэлектрических явлений в гетероструктурах с квантовыми ямами. Отмечается, что подавляющее большинство работ посвящено исследованиям ГКЯ АЮаАзЛЗаАз. Из методов исследования энергетической структуры и свойств ГКЯ чаще всего применяются оптические и фотолюминесцентные и значительно меньше фотоэлектрические методы.

В данной работе исследованы ГКЯ ОаАяЯпСаАз. Основными целями исследований были следующие:

1. Уточнение механизма КФЭ при фотовозбуждении КЯ, в частности роли расположения ямы относительно поверхностного и внутреннего барьера в явлении КФЭ.

2. Применение КЯ как эталона поглощения для определения коэффициента примесного поглощения в полупроводниках.

3. Исследование процессов дефектообразования при имплантации ионов Аг* с применением нового метода.

Для изучения роли расположения ямы использовались гетероструктуры с ямой, расположенной непосредственно на поверхности, в области пространственного заряда и в квазннейтральной области. Исследования показали, что вынос ямы на поверхность практически не влияет ни на величину сигнала, ни на форму спектра КФЭ, однако приводит к почти полному гашению фотолюминесценции (ФЛ) от КЯ. Наличие сильно дефектной границы полупроводник/собственный оксид в поверхностной КЯ приводит к появлению дополнительного канала примесной рекомбинации, шунтирующего канал межзонной или экситонной излучательной рекомбинации. В отличие от ФЛ, которая является внутриямным процессом, возникновение КФЭ обусловлено эмиссией неравновесных носителей из ямы. Дефектность КЯ не влияет на КФЭ до тех пор, пока время жизни неравновесных носителей в КЯ по отношению к эмиссии меньше рекомбинационного времени жизни.

Заключение об эмиссионном механизме возникновения КФЭ, сделанное ранее [3*] на основании экспоненциальной зависимости малосигнальной КФЭ от температуры, подтверждено исследованием КФЭ от КЯ на поверхностном и внутреннем барьерах слоя при приближении КЯ к поверхности путем стравливания покровного слоя. При этом фоточувствительность на поверхностном барьере увеличивалась, а на внутреннем - уменьшалась. Этот результат хорошо объясняется, если рассматривать КЯ как плоский 6-образ-ный источник электронно-дырочных пар, и позволяет использовать это явление для определения длины диффузии неравновесных носителей в барьерной области. Полученное этим методом значение длины диффузии неосновных носителей согласуется со значением, полученным по методу Гартнера.

Исследовано влияние термического окисления поверхностного кванто-во-размерного слоя 1пОаАБ на спектр фоточувствительности от КЯ. Установлено, что из-за неоднородного окисления гетерослоя происходит размывание спектра фоточувствительности от КЯ, который представляет собой суперпозицию спектров от набора КЯ разной ширины.

В разделе 3.3 описан фотоэлектрический метод определения коэффициента примесного оптического поглощения в проводящих эпитаксиальных слоях СаАз, основанный на измерении спектра конденсаторной фотоэдс. В

качестве эталона поглощения в этом методе используется квантовая яма, коэффициент поглощения которой слабо зависит от состава твердого раствора и ширины КЯ и вблизи края не зависит от Ьу. Для грубых оценок можно принять ^»0.01.

Показано, что приведенный к поверхностному примесный коэффициент поглощения Р05(Ьу) можно определить из спектра КФЭ в области примесной фоточувствительности ГКЯ, используя выражение:

где Бф значения фоточувствительности, обусловленные поглощением

примеси и КЯ соответственно (при одном значении Ьу), Г|0) Г^ -соответствующие значения квантовой эффективности поглощенного излучения. Для распределенной в объеме примеси р05 связан с объемным коэффициентом поглощения а0(Ьу) соотношением

рв5 = а0(Ьу) Дг,ф, (3)

где Д2-,ф - эффективная глубина, на которой объемная примесь вносит вклад в КФЭ. Для примеси, равномерно распределенной по всей толщине слоя <1, А^ = (при Ьо<«3). Для наведенных дефектов Л£эф определяется глубиной, на которой образуются дефекты (при Д2^ф<

Для квантовой ямы, расположенной в достаточно сильном поле поверхностного барьера, т^ «1 и Г)0 можно также принять «I.

Метод применим и в том случае, когда примесная фоточувствительность превышает фоточувствительность от КЯ, и КЯ непосредственно не видна на спектре КФЭ. В этом случае фоточувствительность от нее по отношению к собственной может быть измерена на других слоях, и это есть некоторая константа для данной гетероструктуры.

Если барьерная ФП, связанная с поверхностным барьером, значительно превышает БФП, связанную с внутренним барьером, то вместо измерений спектров КФЭ при определении коэффициента примесного поглощения можно использовать измерения спектров ФП.

Уникальные свойства гетероструктур с КЯ открывают новые возможности изучения процессов дефектообразования в этих структурах при химических, радиационных и других воздействиях на поверхность полупроводника. Появление в окрестности КЯ дефектов изменяет ее рекомбинационные и другие характеристики, что позволяет использовать КЯ как индикатор дефектов. Малая ширина КЯ и возможность размещения нескольких КЯ разной ширины или разного химического состава на определенных расстояниях от поверхности позволяет изучать пространственное распределение дефектов.

В разделе 3.4 приведены результаты исследования дефектообразования в гетероструктурах ОаАзЛгЮаАз с квантовыми ямами при имплантации ионов аргона, проведенного с целью проверки и реализации этих возможностей.

Как и при вынесении КЯ на поверхность, при ионной имплантации КФЭ оказалась значительно менее чувствительной к дефектности структуры, чем ФЛ. Имплантация ионов Аг" с энергией 5 кэВ при дозе 1012 см"2 приводит к уменьшению интенсивности ФЛ от КЯ, находящейся на расстоянии 35 нм от поверхности, более, чем на 3 порядка, а нормированная фоточувствительность уменьшается всего на 20-30%. Эффект гашения ФЛ при облучении аргоном связан с образованием рекомбинацнонных центров дефектной природы в материале самой КЯ или на ее гетерограницах.

В результате образования после имплантации аргона дополнительных ЕЬ2-центров появляется или усиливается, если она была раньше, полоса примесной фоточувствительности при Ьу>0.7эВ. При стравливании облученного поверхностного слоя на глубину «10 нм величина КФЭ уменьшается в 4 раза. После следующего стравливания полоса примесной фоточувствительности практически полностью исчезает. Это означает, что центры Е1.2 локализованы на глубине »10 нм. Фотоэлектрическим методом определен коэффициент примесного оптического поглощения в облученных слоях и проведены оценки поверхностной и объемной концентрации этих центров. Среднее значение поверхностной концентрации этих центров » 6' 1012 см'2. Это означает, что один ион Аг* с энергией 5 кэВ создает в среднем 6 центров ЕЬ2 в слое шириной »10 нм. При этом объемная концентрация центров в этом слое составляет «610" см"5, что более чем на два порядка превышает обычные

значения концентрации центров ЕЬ2 в полуизолирующих монокристаллах ваЛя.

ВЫВОДЫ

1. Разработан новый фотоэлектрический метод определения коэффициента примесного оптического поглощения в полупроводниках, основанный на измерении спектральной зависимости относительной фоточувствительности. Особенности метода: фоточувствительность измеряется в режиме поперечной фотопроводимости от всего объема образца при дополнительной подсветке, нормировка производится по максимуму собственной фоточувствительности.

2. Показано, что фотоэлектрическим методом можно определять не только фотоактивную, но также и нефотоактивную часть коэффициента поглощения при измерениях на двух образцах различной толщины.

3. Фотоэлектрическим методом определена спектральная зависимость оптического поглощения в области Ьу>0,7 эВ для ряда марок полуизолирующего ваАв (АГЧП-3, -6, -30, АГЧПХ). Определены энергии ионизации и оценена суммарная концентрация глубоких центров (ЕЬ2 и ШЛ), определяющих поглощение в этой области. В АГЧП-3, -6 и АГЧПХ обнаружено внутрицентровое нефотоактивное поглощение в области 0,9+1,35 эВ.

4. Показано, что с увеличением коэффициента примесного поглощения уменьшается собственная фоточувствительность и увеличивается примесная, что связано с двойной ролью глубоких центров, выступающих одновременно как центры примесной фоточувствительности и центры рекомбинации.

5. Определена спектральная зависимость коэффициента примесного поглощения в полуизолирующем 1пР:Ре в области 0,7-1,3 эВ. Определены энергии ионизации глубоких центров (железа и комплекса "Ур+примесь") примесного поглощения. Нефотоактивное поглощение в 1пР не обнаружено.

6. На полуизолирующем 1пР:Ре обнаружена сильная зависимость спектра фоточувствительности от времени выдержки свежих сколов (110) на свету (явление фотопамяти).

7. Показано, что сильное влияние постоянной подсветки на величину и спектральную зависимость малосигнальной ФП в эпитаксиальных слоях ваАз и 1пР хорошо согласуется с барьерной моделью фотопроводимости та-

ких слоев и указывает на существенную роль как поверхностного, так и внутреннего барьера в явлении ФП.

8. Показано, что эмиссия электронно-дырочных пар из квантовой ямы, расположенной в квазинейтральной области эпитаксиального слоя, приводит к возникновению фотоэдс как на поверхностном, так и на внутреннем барьерах слоя. Измерение зависимости КФЭ от расстояния между квантовой ямой и барьером позволяет определить длину диффузии неосновных носителей в материале барьерного слоя.

9. Установлено, что вынос квантовой ямы на поверхность структуры вызывает сильное гашение фотолюминесценции, но слабо влияет на конденсаторную фотоэдс от квантовой ямы, что позволяет методом КФЭ исследовать сильно дефектные структуры с квантовыми ямами. Изменение спектра КФЭ от квантовой ямы при термическом окислении квантоворазмерного ге-терослоя свидетельствует об образовании неоднородного по толщине окис-ного слоя.

Ю.На структуре 1пОаР/ОаАя показано, что перенос КЯ из квазинейтральной области в ОПЗ поверхностного барьера позволяет наблюдать КФЭ, связанную с эмиссией носителей из глубоких квантовых ям.

11.Разработан метод определения коэффициента поглощения фотоактивных дефектов и примесей в гетероструктурах с квантовой ямой, основанный на измерении спектра конденсаторной фотоэдс. Квантовая яма в этом методе используется как эталон поглощения.

12.С применением нового метода определения коэффициента примесного поглощения показано, что при имплантации ионов аргона в СаАв при низких энергиях и дозах (5 кэВ, 1012 см'2) один ион создает в среднем 6 центров ЕЬ2 в приповерхностной области шириной 10 им.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1*. Карпович И.А., Бедный Б.И., Б: йдусь Н.В., Планкина С.М., Степи-хова М.В., Шилова М.В. Барьерная фотопроводимость в эпитаксиальных пленках ваАз и 1пР/ ФТП, 1989, Т.23, В. 12, С.2164-2170.

2*. Карпович И.А., Планкина С.М. Фотоэлектрический метод определения коэффициента оптического поглощения и его применение к полуизолирующему GaAs // ФТП, 1992, Т.26, В.7, С.1313-1320.

3*. Карпович И.А., Апешкин В.Я., Аншон A.B., Байдусь Н.В., Батукова Л.М., Звонков Б.Н., Планкина С.М. Фотоэлектронные явления в слоях GaAs с встроенной на поверхности квантовой гетероямой // ФТП, 1992, Т.26, В. 11, С. 1886-1893.

4*. Карпович И.А., Аншон A.B., Байдусь Н.В., Батукова Л.М., Данилов Ю.А., Звонков Б.Н., Планкина С.М. Применение размерно-квантованных структур для исследования дефектообразования на поверхности полупроводников// ФТП, 1994, Т.28, В.1, С.104-111.

5*. Карпович И.А., Планкина С.М. Фотоэлектрический способ определения коэффициента оптического поглощения полупроводниковых образцов. Патент РФ №2001390. Бюл.: №37-38 от 15.10.93.

6*. Карпович И.А., Бедный Б.И., Байдусь Н.В., Планкина С.М., Степи-хова М.В., Шилова М.В. Барьерная фотопроводимость эпитаксиальных пленок InP и GaAs/Лезисы докладов I Всесоюз.конф. "Физические основы твердотельной электроники". Ленинград, 1989, С.258.

7*. Карпович И.А., Бедный Б.И., Байдусь Н.В., Планкина С.М., Степи-хова М.В., Шилова М.В. Барьерные эффекты в фотоэлектронных явлениях в структурах на InP и GaAs //- Тезисы докладов Всесоюзн.конф. "Фотоэлектрические явления в полупроводниках". Ташкент, 1989, С.228.

8*. Карпович И.А., Аншон A.B., Бедный Б.И., Планкина С.М., Шилова М.В. Применение метода конденсаторной фотоэдс для определения параметров эпитаксиальных гетероструктур. Тезисы докладов 5 Всесоюзн.конф. по физическим процессам в гетеропереходах. Калуга, 1990, T.l, С.183-184.

Литература

1. Moss T.S., Howkins T.D.// Phys.Rev.Lett., 1958, V.l, N.4, P.129-131.

2. Pastmak J., Karel F., Petricek O.// Semicond. Sei. a Techn., 1990, V.5, N.8, P.867-872.

3. Кононенко B.K., Тупеневич П.А.// ФТП, 1978, Т. 12, В.2, С.385-386.