Автореферат докторской диссертации (1097791), страница 6
Текст из файла (страница 6)
На рисунке 12 представлены спектры трех образцов In0.1GA0.9 As сконцентрацией носителей n=1×1017, 2×1018 и 5×1018 см-3. Верхний спектр для образца сконцентрацией 1017 см-3 практически соответствует спектру использовавшейся высокоомнойподложки (n~1016 см-3) GaAs. Как видно из этого рисунка, в соответствии с правилами отборадля ориентации (100) в спектре обнаруживается резкий максимум КР, соответствующий LOфонону GaAs. Кроме того, проявляется слабый максимум КР, соответствующий запрещенной вданной геометрии TO моде GaAs.
В высокочастотной части спектра наблюдается линия,соответствующая рассеянию второго порядка LO-фонона GaAs, обозначенная 2LO.Рис. 12. Спектры КР образцов n-In0.1Ga0.9As (l=514.5нм). Рис. 13. Зависимость частот СФПМотконцентрациисвободныхA: n=1017 cm-3, B: n=2×1018 cm-3, C: n=5×1018 cm-3.носителейвn-In0.1Ga0.9Asвприближении Друде.При увеличении концентрации носителей до n=2×1018 см-3 (Рис. 12-B) наблюдаетсяослабленный LO максимум и дополнительная полоса в области частоты TO колебания GaAs.При этом в области частот 520 см-1 наблюдается широкая, слабая линия, обозначенная нарисунке L+.
Несмотря на то, что частота моды L+ при этой концентрации носителей попадает вобласть спектра второго порядка GaAs, ее присутствие хорошо видно на рис. 12-B. Приконцентрации носителей n = 5×1018 см-3 эта мода перемещается в область 820 см-1. Такое24поведение позволяет отнести эту линию к связанной фонон-плазмонной моде L+. Слабые LO(GaAs) максимумы (на рис. 12-B,C) обусловлены рассеянием из области пространственногозаряда (ОПЗ), обедненной свободными носителями.
Интенсивность LO компонентыопределяется толщиной слоя ОПЗ. При концентрации носителей n<1017 см-3 толщинаобедненной области превышает глубину проникновения света и регистрируется КР на LOфононах, не взаимодействующих со свободными носителями (на рис. 12-A).Изменения в спектре InxGa1-xAs могут быть объяснены в рамках трехосцилляторноймодели СФПМ [18]. Т.к. для InxGa1-xAs в диапазоне концентраций свободных носителейn~1017-1019 см-3 в область затухания Ландау попадают низкочастотные СФПМ, имеющиеслабую частотную зависимость от n (рис. 13), для экспресс-анализа концентрации свободныхносителей методом КР, целесообразно использовать зависимость от n моды L+.
При n~1018-1019мода L+ является плазмоноподобной, поэтому для расчета ее частоты использовалосьприближение Друде. При этом учитывалось, что для InxGa1-xAs эффективная масса электронов*m0в Г-зоне изменяется с составом соединения. Для учета непараболичности зоныпроводимости использовалась зависимость m* от n в виде:11F=(1 - 2)**Emmg0(10)2h23где F = (3p n ), E - ширина запрещенной зоны ( E = 0.75eV ).gg*2m0На рис. 13 представлены рассчитанные зависимости частот связанных мод отконцентрации носителей в n-In0.1Ga0.9As. Частоты показаны как функции квадратного корня изконцентрации носителей.
Зависящая от волнового вектора плазменная частота w p (q)представлена пунктирной линией. Граница области затухания Ландау w SPE отмечена штрихпунктирной линией. Как видно из рисунка, высокочастотная мода L+ находится вне областизатухания Ландау и для ее описания может быть использовано приближение Друде. Привысокой концентрации носителей (n>1018см-3), мода L+ носит плазмоноподобный характер, иее частота практически совпадает с плазменной частотой.Следует отметить поведение моды Lo, которая является отличительной особенностьюСФПМ в тройных соединениях. Предсказываемое в приближении Друде поведение моды Lo,занимающей положение между частотой LO фонона InAs и TO фонона GaAs наблюдается вAlxGa1-xAs. Однако в тройных соединениях с меньшей шириной запрещенной зоны, таких как25InxGa1-xAs, эта мода наблюдается в области между TO и LO фононом GaAs, что объясняетсяпопаданием ее частоты в область затухания Ландау.В шестой главе приведены результаты исследований электрофизических параметров GaAsметодами спектроскопии КР и ФО.В § 6.1 методы КР и ФО используются для определения концентрации свободныхносителей эпитаксиальных пленок n-GaAs [19].
Определение концентрации свободныхносителей n в n-GaAs методами спектроскопии КР и ФО основано на зависимости от n частотыКР СФПМ и периода осцилляций Франца-Келдыша (ОФК), наблюдаемых в модуляционныхспектрах легированных полупроводников. Образцы для исследований были выращеныметодоммолекулярно-лучевойэпитаксии.ПоданнымизмеренийметодомХолла,концентрация носителей в образцах № 1 - 5 составляла 3.2·1017, 6.0·1017, 2.0·1018, 4.3·1018 и7.0·1018 см-3 соответственно.В спектрах КР наблюдались спектральные особенности, соответствующие поперечными продольным колебаниям решетки, КР второго порядка и высокочастотной СФПМ L+. Суменьшением концентрации носителей (образцы с № 4 по № 1) частота моды L+ смещалась внизкочастотную область.
При этом интенсивность LO компоненты, обусловленной рассеяниемиз ОПЗ, возрастала.По частоте моды L+ в спектрах КР образцов № 3 – 5 с помощью выражений для w+ вприближении Друде мы определили концентрацию носителей. При расчетах учитываласьзависимость эффективной массы от n, обусловленная непараболичностью зоны проводимостиGaAs, существенной при концентрациях ~ 1018 см-3. Данные, полученные методом КР, хорошосовпадают с результатами измерений методом Холла. Относительная погрешность приопределении концентрации носителей методом КР зависела от погрешности определениячастоты w+ и составляла 5-10%.Метод КР оказался эффективным для определения концентрации носителей только длязначений n > 1018 см-3 (в образцах № 3 – 5).
При меньших значениях концентрации носителеймода L+ попадает в область LO колебаний кристаллической решетки, и определение ее частотыоказывается затруднительным.Мы провели исследование образцов № 1 – 5 методом спектроскопии ФО. В спектрахФО образцов № 1 – 2 наблюдаются ОФК различных периодов, причем их периодувеличивается с ростом концентрации носителей.
В спектрах ФО образцов № 3 – 5наблюдаются ОФК с одним периодом, причем их период уменьшается с ростом концентрацииносителей. С целью выяснения источников наблюдаемых ОФК была проведена регистрацияспектров ФО при модуляции излучением светодиодов с длинами волн 470, 530, 590 и 650 нм. В26результате было установлено, что осцилляции с большим периодом связаны со встроеннымэлектрическим полем в области приповерхностной ОПЗ, а осцилляции с малым периодом – сэлектрическим полем на границе раздела легированная пленка – полуизолирующая подложка.Относительная погрешность при определении концентрации носителей методом ФО была неболее 10%. Метод ФО оказался эффективным для определения концентрации носителей при1017 < n < 1018 см-3 (в образцах № 1 – 2).
При концентрации носителей, больше 1018 см-3толщина приповерхностной ОПЗ составляет несколько десятков нм и вклад в спектр ФО отэтой области оказывается несущественным.Таким образом, методы спектроскопии КР и ФО взаимно дополняют друг друга приопределении концентрации носителей в легированных пленках n-GaAs и позволяютбесконтактно проводить измерение n в диапазоне концентраций 1017 < n < 1019 см-3.В § 6.2 приведены результаты исследований процессов компенсации проводимостиэпитаксиальных пленок n-GaAs при имплантации ионами B+, As+, Ga+ методами КР и ФО.Исследования особенностей спектров КР на различных этапах формирования изолирующихслоев проводились на примере имплантации эпитаксиальных пленок низкоомного n-GaAsионами B+, As+, и Ga+ [20, 21].
Исходные образцы представляли собой полученные методомгазофазной эпитаксии пленки n-GaAs. Подложкой служил высокоомный GaAs с ориентацией(100). Толщина пленок составляла 0.5 мкм. До имплантации пленки характеризовались n-типомпроводимости с концентрацией носителей n=2·1018 см-3, возникающей за счет легированиякремнием в процессе роста пленки. Имплантация проводилась ионами B+ с энергией 100 кэВ идозами в диапазоне 3.1·1011 - 1.2·1014 см-2. В спектрах КР исходных пленок наблюдалисьослабленная линия LO, КР второго порядка и СФПМ L+. При имплантации ионами B+ с дозой3.1·1011 частота моды L+ уменьшалась. При дозе 6.2·1012 см-2интенсивность линии LOувеличивалась, а СФПМ L+ исчезала, что сидетельствовало о компенсации проводимостипленки и подтверждалось измерениями коэффициента Холла и электропроводности пленок.При дальнейшем увеличении дозы имплантации в спектре КР наблюдается уменьшениеинтенсивности LO компоненты, ее сдвиг в сторону низких частот и уширение, что, как былопоказано ранее, свидетельствует о наличии нанокристаллической фазы.
При дозе 1.2·1014 см-2 вспектре появляется широкий континуум, характерный для аморфного GaAs.Были также проведены аналогичные исследования для других имплантантов: ионов As+и Ga+. Спектры КР GaAs, имплантированного различными дозами этих ионов показывают, дляGa+ и As+ процесс дефектообразования и компенсации исходой проводимости начинается применьших дозах и идет быстрее. При этом линии СФПМ, наблюдаемые в исходныхэпитаксиальных пленках исчезают уже при дозе имплантации 3·1011 см-2. Это обясняетсябольшей (более чем в 6 раз) массой этих ионов по сравнению с ионами B+.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
