книги из ГПНТБ / Арсенид галлия. Получение, свойства и применение

8.Ц М Е Т О Д И К А П О Л У Ч Е Н И Я р — п - ГГЕРЕХОДОВ 351

(ступенька в месте выхода р—га-перехода на поверхность арсенида галлия легко наблюдается в металлургическом

! : 3) химическим осаждением металлов, при этом из-за селективпого осаждения металлов р- и га-области кри­ сталла хорошо различаются по окраске [4].

Распределение концентраций свободных носителей то­ ка по толщине га- и р-областей определяется обычно при послойном стравливании из данных измерений:

1)электропроводности и э. д. с. Холла по методу Ван дер Пау [5];

2)зависимости емкости от напряжения барьеров Шоттки [6.];

3)электропроводности по методу Субашиева и Полтиппикова [7];

4)энергии максимума краевого излучения в спектрах фотолюминесценции [8],

Градиент концентрации примесей в слое объемного заряда можно определить из зависимости емкости от нап­

пределение примесей в слое объемного заряда. Туннель­ ные дподы создают вплавлением капли металла, содер­

Фотоэлементы. Для получения максимальной фото­ чувствительности прибора необходимо, чтобы свет погло­ щался вблизи р—тг-перехода на расстоянии, меньшем диффузионной длины носителей. При этом для умень­ шения влияния поверхности желательно, чтобы свет поглощался за р—д-переходом. Свет, для которого коэф­ фициент поглощения в GaAs велик (~104 см—1), поглощает­ ся вблизи поверхности, п глубина залегаппя р—/г-перехода должна быть достаточно малой ( ~ 1 мкм). При еще меньшей глубине увеличивается сопротивление растекания и умень­ шается к. п. д. прибора. Концентрация электронов в п- областиобычпо—101 7 см-3, а дырок в р-области (па поверх­ ности) —102 0 см~3. Фотоэлемепты создаются диффузией цинка в п- GaAs [13, 14].

Источники некогерентного излучения. Для получения максимального к. п. д. прпбора необходимо пметь мак­ симальный .внутренний квантовый выход излучения и ми­ нимальное поглощение, что обеспечивается выбором опти­ мальной концентрации электронов в п-области (3—5)Х X Ю1 7 см-3,п дырок в р-области 5-101 8 —2-101 9 см-3; глу­ бина залегания р—/г-перехода обычно 10—20 мкм [15, 16]. Источники нскогерептного излучеппя создаются [17] диф­ фузией щитка в арсенпд галлпя, легированный оловом пли теллуром пли эпитаксиальным паращпванпем слоя, легироваппого цинком, па подложке n-тппа. Особенно малое поглощение и, следовательно, высокий виешипй квантовый выход при комнатной температуре имеют прибо­

боры обычно обладают повышенной инерционностью [19].

Лазеры. Для создания инверсии населенности необ­ ходимо иметь вырожденный полупроводник, т. е. кон­ центрация свободных носителей тока в п- п р-области должна быть высокой; однако при увеличении концентра­ ции увеличиваются потери (поглощепие на свободных носителях и др.). Оптимальная концентрация электронов

гания р—га-перехода 10—20 мкм; р—га-переход должен быть плоским, величина неровностей не должна превы­ шать —0,2 мкм.

Реальные случаи диффузии в твердое тело, как пра вило, описываются законами Фика только в определен­ ном интервале температур, а иногда и совсем не подчи­ няются этим законам.

••! Коэффициенты диффузии примесей в арсенид галлпя приведены в табл. 8.1. В большинстве случаев они опре­ делены методом радиоактивных изотопов из измерений активности прп последовательном спятнп слоев, одпако некоторые коэффициенты диффузии были рассчитаны пз данных по электропроводности при последовательном снятии слоев, по глубине залегания р—/г-переходов или по деградации туннельных диодов.

Элементы первой группы могут диффундировать по междуузлпям, и поэтому имеют большие коэффициенты диффузии. Медь проникает в арсенид галлия во много раз быстрее, чем все другие примеси [44—47]. Источни­ ками загрязнения медью могут стать травители и вода прп предварительной обработке образцов, а учитывая исключительно быструю диффузию модп, для загрязнения образцов достаточно даже небольшого количества меди на поверхности. Кроме того, источником меди является кварц, содержащий обычно 101 5 атомов меди в 1 см3 [45].

Энергия ионизации термоакцепторов, определенная из спектров фотолюминесценции и 'зависимости постоянной Холла от температуры соответствует энергии ионизации атомов меди. Кроме того, величины растворимости и коэф­ фициента диффузии термоакцепторов приблизительно равны этим^величнпам для'мвди. На этоименовании пред­

комплекса [1л{ 1лС а ] (£— обозначает примесь внедрения) [21].

Серебро и золото также могут быть примесями внед­ рения. В [27] определена растворимость серебра при тем­ пературе 500-1150° С в объеме 2 - М 1 7 — 8 - 10" см-3, а у по­ верхности 7-10l n —4-102 0 ; такая высокая концентрация, по-видимому, обусловлена поверхностными реакциями. Растворимость золота в объеме определена 1,5-1017 см~3 при 835° С [24] и 3-Ю1 7 см-3 при 1055° С [28].

Диффузия цппка в арсенид галлия подчиняется за­ конам Фпка только прп температурах ниже 800 °С; прп более высоких температурах наблюдаются отклоне­ ния, которые были замечены уже в самых ранних рабо­ тах [51]. При этом предпо­ лагалось, что по галлпевой

оЬ подрешетке параллельно идет диффузия заряженных и не­ заряженных атомов цинка. Однако в работе [30] было обнаружено, что концентра­ ция дырок в GaAs прибли­ зительно равиа концентра­ ции введенных атомов цинка и, кроме того, прп увеличе­ нии давления As скорость диффузии цинка пропорцио­

ваться.

Венсбергом и Бланком [54] была предложена модель, согласно которой цинк диффундирует по узлам в форме

а и междоузлиям в форме Zn^ 2 [51] либо Zuj" [54, 55]. Концентрация цинка в узлах на несколько порядков выше концентрации цинка в междоузлиях, ио диффузия по междоузлиям происходит значительно быстрее (коэф­ фициент диффузии внедренного цинка при 900° С равен

5 - Ю - 8 см2/сек). Между атомами в узлах и междоузлиях происходит непрерывный обмен и сохраняется равновесие. Коэффициент диффузии цинка зависит от отношения кон­ центраций атомов цинка в междоузлиях и узлах. При уве­ личении давления мышьяка увеличивается количество галлпевых вакансий, уменьшается количество атомов цинка в междоузлиях и скорость диффузии цинка умень­ шается. Модель равновесия внедренного и замощенного ципка находится в хорошем количественном согласии почти со всеми экспериментальными данными.

Поверхностная концентрация дырок при диффузии цинка может быть высокой, вплоть до (2—3)--1020 см~3 [56]; опа увеличивается с увеличением давления паров мышьяка от 0 до 2—3 а т м [9, 52], но далее начинает умень­ шаться [52]. Предельная растворимость цппка в GaAs при выращппаитш GaAs из раствора с отпошоипем кон­

центраций As и Ga немного более едипицы составляет при 1000° С 6-Ю2 0 см-3 [57].

Если диффузия цинка производится при высоких тем­ пературах, выше 900° С, то в кристалле возникают добавочные дислокации [58—62], расположенные вдоль на­ правления <Ч1СГ> [63]. Количество этих дислокаций про­ порционально квадрату концентрации цинка, если диф­ фузия происходят без избыточного давления паров мышь­ яка; в противном случае генерация новых дислокаций в мелких диффузпотшых слоях подавляется; в слоях же глубже 40—60 мкм количество дислокаций увеличива­ ется и обнаруживается присутствие соедпиепия ZnAs3 [64]. Возможно, что быстрое продвижение фронта диф­ фузии и обусловлено его диффузией по дислокациям.

Диффузия кадмия в GaAs подчиняется законам Фика, и коэффициент диффузии имеет почтп ту же энергию активации, что и в случае цинка при низких температу­

Коэффициент диффузии Cd зависит от поверхностной

без избыточного давления паров мышьяка. При увеличе­ нии давления паров мышьяка скорость диффузии умень­ шается (рис. 8.2), а коэффициент диффузии пропорцио­ нален рл.ч2 142].

При совместит"! диффузии Ми и Z H наблюдался мини­ мум концентрационного распределения Мп [69], анало­ гичный приведенному па рпс. 8.1 для распределения ато­ мов Си. Это, по-видимому, объясняется образованием

ности соединений этих элсмептов с галлием Gaa S3 , Ga,Se3, Ga2 Tea [33]. Поэтому диффузию проводят либо из соеди­ нений с металлами (тина A13 S3 , GeS) с большим количест­

[•]Коэффициент диффузии этих элементов слабо меняется

сувеличением давления мышьяка. В частности, глубина

Диффузия олова в арсениде галлия подчиняется за­ конам Фика, и энергия активации при диффузии (2,5 эв) почти такая же, как и для цинка и кадмия. Поэтому мож-