Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 133
Текст из файла (страница 133)
Соответствеинодля арсенидов характерна большая степень диссоцизции расплава. 20.3. ПРИМЕСИ В СОЕДИНЕНИЯХ Ап'В" Примеси замещения в кристаллической решетке соединений Ап'Вт распределяются таким образом, чтобы не возникло центров с большим избыточным зарядом. Поэтому примеси элементов !1 группы периодической системы Д. И. Менделеева — Ве, Мй, Хп и Сд, образующие твердые растворы замещения, всегда занимают в решетке Ап'Вт узлы металлического компонента и при этом явзяютгя акцепторами, благодаря меньшей валентности по сравнению с валентносгью замещаемых атомов. В то же время примеси элементов !Г1 группы — 3, Зе, Те — всегда располагаются в узлах В" и играют роль доноров.
[$20.3] Примеси В прямозонных полупроводниках 1пЯЬ и 1пАз доноры не имеют определенной энергии ионизации. Это связано с очень малой эффектнвной массой носителей заряда в Г-минимуме эоны проводимости и большой «орбитой» электрона примесного атома. Расчет по водородоподабной модели дает значение энергии ионизации доноров в этих соединениях около 1 мэВ. Однако из-за большого боровского радиуса примеси даже при малых концентрациях доноров образуется примесная зона, которая перекрывается дном зоны проводимости. В противоположность этому в АГВЬ наблюдается аномально высокая энергия ианизации доноров, равная 0,15 эВ для Зе и 0,07 эВ для Те.
Более сложным характером отличается поведение примесей элементов Пг группы. Поскольку в этом случае при замещении атомов одной иэ двух подрешеток имеется избыток или недостаток лишь одного валентиого электрона, то атомы примесей 1У группы могут занимать как узлы Аш, так и Вч, проявляя при этом донорные и акцепторные свойства соответственно. Замещение должно сопровождаться наименьшей деформацией кристаллической решетки. Поэтому критерием донорнаго или акцеаторного действия примесей может служить соствсгствие ковалентных радиусов замещаюшего и замещаемого атомов. В большинстве случаев атомы примесей элементов [ту группы локализуются в одной иэ подрешеток. Например, в антнмониде индия кремний и германий замещают только атомы сурьмы и являются акцепторами, а в арсениде индия — замещают индий и являются талька донорами.
Однако в некоторых соединениях наблюдается амфотернае поведение этик примесей. Например, в феофиле гаялия при уровнях легирования ниже 1О" см з германий ведет себя как акцептор, а при более высоких концентрациях начинает сказываться его донорнае действие.
При этом избыточная концентрация акцепторов (АГ« — Фд) на один-два порядка ниже общей концентрации атомов германия в кристалле. Одновременное замещение гермаиием разноименных атомов решетки сопровождается образованием нейтральных аар [С|ее,+С1ер]. Иное поведение характерно для кремния в ОвР. Соответствие между концентрациями свободных электронов и атомов преминя наблюдается лишь до уровня легирования около 10м см з.
В дальнейшем избыточная концентрация доноров составляет лишь небольшую долю общего содержания кремния. Парное вхождение атомов кремния и германия в кристаллическую решетку наблюдается и при легироваиин арсенида галлия. На рис. 20.16 показано изменение полной Рис.
20,16. Зависимость концентрации атомов германия и концентрации дырок в эпитакснальных слоях ОаАэ от содержания германия в жидкой фазе концентрации атомов германия и концентрации дырок в ОаАз в зависимости от содержания Ое в Оа-растворе при температуре эпнтаксии 900...876 'С. Концентрация лырок заметно ниже, чем общая концентрация атомов С|е, особенно при высоких уровнях легирования, из-за образования донорных и комплексных центров. Характер поведения амфатерных примесей, степень компенсации материала.суще. отвеина зависят от температуры кристаллизации и состава крисгаллизационной среды.
Так, при легировании арсенида галлия кремнием в процессе жидкофазовой эпитаксии в режиме непрерывного охлаждения наблюдается инверсия типа электропроводнасти эпитаксиальных слоев. Этот эффект позволяет создавать р — л-переходы в едином технологическом процессе, используя лишь один легируюший агент. На рис. 20.17 показана взаимосвязь между гсо 8017 ййй Ю00'0 .Рис. 20.17. Взаимосвязь между температурой инверсии типа электропроводности и содержанием кремния в жидкой фазе при эпитаксии ОаАз на подложках различной ориентации Лояупроеодникаеые соединения Ап'В" (равд. 20) Таблица 20.8. Энергия ионизации примесей (в миллиэлектрои-вольтах) в ванбоже изученных спеднненнях Ав'В" Примесь Сапа !пр 1пВЬ Примесь Сар Сада !пр !пВЬ Сар 143 (А) 23 (А) 470 (А) 240 (А) 150 (А) 238 (А) 110 (А) 310 (А) 90 (А) 28,0 (А) 28,8 (А) 3747 (А) 34,7 (А) 27 (А) 5,91 (Д) 91 (Д) 61 (Д) 680 (А) 540 (А) 170 А) Ьб 265 (А) 204 (Д 40,4 (А) 6,08 (Д) 167 (А) 5,82 (Д) 750 (Д) 6,10 (Д) 5,89 (Д) 5,80 (Д) 790 (А) 113 (А) 520 (А) 370 (А) 160 (А) 210 (А) 9,25 (А) 330 (А) 60 (А) 56 (А) 28 (А) 56 (А) 30 (А) 66 (А) 27 (А) А 9,1 (А) 9.86 (А) Ое Сп 72 (Д) 897 (Д) 107 (Д) 105 (Д) 92,6 (Д) 1125 (А) 400 (А) 700 (А) О 5 Ве Те Сг Мп Ге 7 (Д) 7 (Д) 7 (Д) 270 (А) А 0,7 (Д) 0,7 (Д) 0,7 (Д) 70 (А) 9,5 (А) 13 (А) Ао 55,3 (А) 60,4 (А) 69,7 (А) 102,2(А) 53,2 (А) Ве Мй Хп Сб С 31( ) 39,5 (А) 46,5 (А) 57 (А) 41,3 (А) 410 (А) 500 (А) Со 8 (А) 5! 210 (А) 34,8 (А) 31() 210 (А) 85 Д 5,81 (Д) мечание.
А-ак цептор, Д вЂ” донор. При составом жидкой фазы и температурой, при которой происходит инверсия типа электропроводности. Углерод, отличаюшийся малым ковалентным радиусом, как правило, проявляет акцепторные свойства. Среди элементов !!г группы углерод характеризуется наименьшей растворимостью в соединениях А'пВК Атомы примесей т' группы всегда замещают узлы а металлоидиой подрешегке соединения, образуя нейтральные центры, изоэлектронные основным атомам. Если атомы, участвуюшие в замещении, существенно различаются по электроотрицательнасти и ковалентному радиусу, то вбхизи изоэлектронного центра образуется достаточно глубокая потенциальная яма, которая является ловушкой с дискретным уровнем в запрещенной зоне для одного типа носителей заряда.
В случае когда примесный атом имеет большую электраотрицательнссть, чем замещаемый, получается ловушка для электронов. Такие изовалентные примеси получили название изоэлектроиных акцепторов (например, азот в Оар). В противоположном случае, когда изовалентная примесь обладает меньшей электроотрицательностью, нежели основные атомы решетки, вазникаег ловушка для дырок. Такие центры называют изоэлектронными донорами (висмут в Оар). При малом различии в электроотрицательностях изоеалентные примеси обладают высокой растворимостью в решетке соединения, образуя твердый раствор с плавно иэменяюшейся шириной запрещенной зоны.
Примеси элементов! П группы входят как изовалентные атомы в металлическую подрешетку Ан'В". Экспериментальные результаты указывают на отсутствие локальных состояний в запрещенной зоне. Элементы 1 группы в некоторых случаях образуют твердые растворы внедрения. Оии имеют один валентный электрон и при внедрении в междоузлия легко теряют его, играя роль доноров. Есхн же указанные атомы размещаются в узлах решетки, то они проявляют свойства многозарядных акцепторов, создавая несколько энергетических уровней в запрещенной зоне. Примеси металлов переходной группы (Ге, М, Со), а также Сг н Мп в полупроводниках Ан'Вч создают глубаколежашие энергетические уровни акцепторного типа в являются эффективными рекомбинационными ловушками.
Легиравание арсенида галлия железам или хромом используют для получения кристаллов с высоким удельным сопротивлением (до !О' Ом.м). В табл. 20.8 указаны энергии ионизации некоторых примесей в наиболее изученных полупроводниках Ан'Вт. Мелкие доноры в соединениях Ао'В" об. падают намного меньшими коэффициентами диффузии, чем мелкие акцепторы. В подавляющем большинстве случаев для диффузионного легировання используют цинк Сушественней особенностью процесса диффузии в полупроводниках Ап'В» — является его зависимость ог давления паров летучего компонента В", которое определяет концентрацию дефектов в решетке. 5 20.4) Оптические и фотоэлектрические свойства 499 (О 0,2 30 101 10 10 20.4.
ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ А~пВч К оптическим явлениям а полупроводниках относятся прежде всего оптическое поглощение, люминесценцня и вынужденное излучение. Оптическое поглощение. В полупроводниках Ап'Вч оптическое поглощение в зависимости ст ширины запрещенной зоны может наблюдаться в широком диапазоне длин волн, охватывающем видимую и инфракрасную области спектра (рис. 20.!В). Различают следующие механизмы оптического поглощения: собственное поглощение, решеточное поглощение, примеснае поглощение, поглощение свободными носителями заряда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
