Исследование методом фазочувствительного фотоотражения динамики неравновесных носителей в дельта-легированном арсениде галлия

Введение

Электрофизические свойства полупроводниковых приборов определяются их легированием. Особый интерес представляют структуры с дельта-легированными слоями [1]. В этих системах примесь локализована, в идеале, в слое толщиной несколько нанометров, что обеспечивает пространственное разделение носителей заряда и ионизированной примеси. Это способствует улучшению технических параметров изготавливаемых полупроводниковых приборов. Область локализации примеси при дельта-легировании, например Si или Be в GaAs, приводит к появлению потенциальных ям для электронов или дырок и к формированию двумерного газа носителей. В такой зарядово-индуцированной потенциальной яме обычно формируется несколько подуровней размерного квантования [2].
При разработке и создании приборов опто- и наноэлектроники на основе гетероструктур с квантовыми ямами последние используют в роли «накопителя» носителей (например – это область формирования излучения светодиода или канал полевого транзистора). Поэтому, в качестве области локализации примеси чаще всего используют барьеры, которые подвергают дельта или модулированному легированию. Такой подход обеспечивает туннелирование носителей из легированного барьера в область квантовой ямы, где они могут двигаться не испытывая рассеяния на ионизированной примеси [3]. Это должно приводить как к увеличению подвижности носителей, так и к уменьшению вероятности безызлучательной рекомбинации на ионизированной примеси. Последнее оказывается принципиальным при создании новых электронных полупроводниковых приборов: от этого зависит и быстродействие транзисторов и квантовая эффективность светодиодов и лазеров [4]. Как известно [1], создание в полупроводниках A3B5 дырочной проводимости является важной технической задачей. Исследования показали, что оптимальной примесью для создания в полупроводниках A3B5 дырочной проводимости является Be [5]
Сравнительно большие напряженности встроенного электрического поля в области дельта-легирования приводят к ряду эффектов, не наблюдающихся или слабо выраженных в объемно-легированных полупроводниках:  эффективная ширина запрещенной зоны меньше, чем у нелегированной структуры и может варьироваться [4],  сравнительное большое время рекомбинации носителей [4],
 оптическая нелинейность [6],  наличие нелинейных эффектов в проводимости [6]. Перечисленные эффекты приводят, в том числе, к увеличению времени жизни неравновесных носителей. Современные технологии изготовления полупроводниковых структур требуют развития методов их диагностики. В первую очередь речь идет о развитии бесконтактных методов, которые возможно использовать даже на этапе изготовления структур. Особую роль среди средств диагностики отводят методам модуляционной спектроскопии: часть технологического оборудования уже снабжается приставками для измерения фотомодуляционных спектров [7]. В то же время, многообразие изготавливаемых полупроводниковых структур и сложность интерпретации модуляционных спектров требует проведения дополнительных исследований и, в первую очередь, разработки методов анализа модуляционных спектров. В настоящей работе приведены результаты исследования динамики неравновесных носителей в дельта-легированном арсениде галлия методом фотоотражения. Предлагается методика оценки времени релаксации неравновесных носителей по данным фазочувствительного фотоотражения