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

от температуры вплавления и скорости охлаждения си­

проводника, привело к тому, что метод сплавления ис­ пользуется сейчас редко.

Однако преимуществом метода сплавления является возможность получать р—n-пореходы с резким распреде­ лением примеси в слое объемного заряда и очень высокими концентрациями примесей, близкими к пределу раство­ римости; кроме того, этим методом легко получаются р—«-переходы малой площади. Поэтому метод сплавления используется при создании туннельных диодов.

Концентрация носителей тока в рскристаллизованной области туннельного диода обычно определяется из зависимости емкости от напряжения, если оиа линейна в координатах

{НС1, U).

Если это сделать исвозможио, определяется положе­

галлия, либо вплавлением металлов с акцепторными при­ месями в 7г-арсеиид галлия. Для создания туннельных диодов первый способ предпочтительнее, так как трудно иолучать слитки арсенида галлия «-типа, легированные до концентрации электронов выше 101 9 см~3, а арсенпд галлия р-типа с высокой концентрацией дырок получается легко; кроме того, большинство акцепторныхпримесей летучие (цинк, кадмий), и при вплавленик в открытой системе концентрация акцепторов будет неконтролируемо уменьшаться в процессе вплавления.

При создании р—«-переходов вплавлением донорной примеси в р-арсенид галлия в качестве исходного материала 24*

372 Э Л Е К Т Р О Н Н О - Д Ы Р О Ч Н Ы Е П Е Р Е Х О Д Ы [ГЛ. 8

выбирают арсенид галлпя, логироваипый цинком до концентрации дырок (3—7) • 101 9 см~3. В качестве вплав­ ляемого металла выбирают олово, реже индий. Олово вплавляется или в чистом виде [134, 135], или в виде спла­ вов с элементами V I пли IV группы: теллуром, селеном, серой или германием [136—138]. Индий —металл нейт­ ральный п поэтому вплавляется только в виде сплавов с элементами V I группы [139].

Типичным режимом создания р—?1-переходов является вплавление при температуре 550° С, при коротком времени выдержки (около 5 сек) и с последующим резким охлажде­ нием. Концентрация электронов в рекрнсталлнзованной области получается около 2-101 9 с.«_ 3 [140].

Распределение примесей в слое объемного заряда

Лазеры па основе сплавных р—«-переходов изготав­ ливались путем вплавленпя олова при 700° С, одпако воспроизводимость результатов очень плохая [141].

Для создания источников некогерентного излуче­ ния в арсенид галлия, легированный селепом до концент­

медленным охлаждением. Олово использовалось для об­ разования соедшгеиня ZnSnAs2 с целью снижения погло­ щения света внутри прибора. Рекристаллизованная об­ ласть имела проводимость р-типа с концентрацией дырок около 102 0 см-3 [142].

В заключение отметим, что в последние годы большое внимание привлекают гетеропереходы на основе твердых

характеру протекания тока можно разбить на три группы.

практически невозможно, преобладают токи, обусловлен­ ные термической генерацией и рекомбинацией носителей,

готовления фотоэлементов, вентильных диодов и пара­

—101 7 —1019 см-3). В этнхр—«-переходах ширина слоя объомного заряда невелика (200—1000 А), и туниелироваиие

р—«-переходы второй группы применяются для из­ готовления источников некогерентного света (полупро­ водниковых ламп), лазеров, транзисторов, а также для изготовления несимметричных фотоэлементов с концентра­

напряжении, близких к контактной разности потенциа­ лов, преобладают токи туннельного характера. При обратных напряжениях и небольших прямых осуществля­ ется прямой туннельный эффект зона—зона, ответствен­ ный за N-образнуго форму характеристики ток — напря­ жение. Такие р—«-переходы применяются для изготов­ ления туннельных и обращенных диодов.

Кроме этих групп, надо еще отметить р—«-переходы, содержащие высокоомныи слой арсеппда галлпя между среднелегироваинымн «- и р-областыо. Этот слой при ма­ лых токах имеет большое сопротивление. Прямое на­ пряжение на диоде можно увеличить до 10—100 в. Затем при увеличении тока соиротивление слоя уменьшается и напряжение становится близким к контактной разности потенциалов. Форма характеристики ток—напряжение имеет S-образный вид. Уменьшение сопротивления про-

галлия, р—«-переходы этой группы начали исследоваться иервыми [151—153] и создавались диффузией цинка или

Б. В. Царепков показали, что теории Шокли недостаточно

генсрацпонные процессы в слое объемного заряда с учас­ тием примесных центров [156]*).

активных примесей, величиной контактной разности по­ тенциалов и пр. Зависимость зарядной емкости от напря­ жения исследовалась в большом числе работ. Наиболее подробно электростатические свойства исследованы в ра­ боте [159]. Там же можно найти ссылки на важнейшие бо­ лее ранние работы.

Емкость р—га-переходов, имеющих относительно низ­ кое напряжение пробоя (менее 35 б), но зависит от частоты. При более высоком напряжении пробоя емкость умень­ шается с ростом частоты уже на частотах выше 1кгц. Повидимому, в последних р—га-переходах ширина слоя объ­ емного заряда определяется не мелкими донорными и акцепторными уровнями, а глубокими, имеющими, как правило, большое время ионизации.

Зависимость емкости от напряжения (рис. 8.7), если емкость не зависит от частоты, может быть выражена

*) Эта теория учитывает только рекомбинацию электронов и дырок с излучением фотонов или фоноиов. Как выяснилось позд­ нее, в р—и-переходах в GaA§ оказывается зиачптельпоп ударпая рекомбинация.

где £7С (0°К) = 1,5-1,6 в , a c = (l,6 - 2,2) - 10 - 3 в/°К,' что находится в соответствии с теоретическими представле­ ниями [154]. Для резких р—re-переходов Uc оказывается меньше рассчитанного по теории [154] на несколько kTlq. Это, очевидно, вызвано сужением запрещенной зоны

8.2] Э Л Е К Т Р О Л Ю М И Н Е С Ц Е Н Т Н Ы Е С В О Й С Т В А 3 7 7

Рис. 8.9. Прямая ветвь вольтампердой характеристики р—/г-пере­

хода, полученного диффузией Cd в специально нелегированный GaAs для различных температур при большом токе.

0,6

357

Рис. 8.10. Обратная ветвь вольтамперной характеристики р—га-

перехода, полученного диффузией Cd в специально нелегированный GaAs для различных температур при большом токе.

плотности состоянии в зоне проводимости и в валентной зоне соответственно.

Напряжение пробоя С7к р (рис. 8.10) увеличивается с ростом температуры. Это объясняется тем, что пробой

весных носителей в слое объемного заряда равно 10-s — Ю - 9 сек и ие зависит от температуры. Участок с В?»1 мо­ жет быть объяснен теорией Шокл'и [154].

Экспоненциальную зависимость тока от напряже­ ния при утечке можно объяснить тем, что поверхностная пленка образует р—тг-переход с 7г-областыо, а с р-областью