Навигация
Примеси и дефекты структуры
49210
знаков
3
таблицы
10
изображений
2.4 Примеси и дефекты структуры
Примеси замещения в кристаллической решетке соединений АIIIВV распределяются таким образом, чтобы не возникало центров с большим избыточным зарядом.
Примеси элементов II группы - Be, Mg, Zn и Cd, образующие твердые растворы замещения, всегда занимают в кристаллической решетке АIIIВV узлы металлического компонента и при этом являются акцепторами, благодаря меньшей валентности по сравнению с валентностью замещаемых атомов.
Примеси элементов VI группы - S, Se, Те - располагаются в узлах Bv и играют роль доноров.
Более сложным характером отличается поведение примесей элементов IV группы. Поскольку в этом случае при замещении атомов одной из двух подрешеток имеется избыток или недостаток лишь одного валентного электрона, то атомы примесей IV группы могут замещать как узлы АIII, так и Bv, проявляя при этом донорные или акцепторные свойства соответственно. Замещение должно сопровождаться наименьшей деформацией кристаллической решетки. Поэтому критерием донорного или акцепторного действия примесей может служить соответствие размеров замещающего и замещаемого атомов.
В большинстве случаев атомы примесей элементов IV группы локализуются в одной из подрешеток. Например, в InSb кремний и германий замещают только атомы Sb и являются акцепторами, а в InAs замещают In и являются донорами. Однако в некоторых соединениях наблюдается амфотерное поведение этих примесей. Так, в GaAs и GaP наблюдается парное вхождение атомов Si и Ge в кристаллическую решетку. В зависимости от степени легирования, температуры и состава кристаллизационной среды имеет место преимущественное вхождение этих примесей в ту или иную подрешетку.
Примеси элементов III-й и V-й подгрупп обычно замещают соответственно атомы АIII и ВV в решетке соединения, образуя нейтральные центры. Растворимость этих элементов велика и удается получать кристаллы твердых растворов во всем диапазоне концентрации.
Примеси элементов переходной группы - Fe, Co, Ni - создают в полупроводниках АIIIВV глубокие энергетические уровни и являются рекомбинационными ловушками. Легирование GaAs железом или хромом используется для получения кристаллов с высоким удельным сопротивление (до 107 Ом*м). Такой материал называется полуизолирующим (ПАГ).
Особенностью процесса диффузии в полупроводниках АIIIВV является его зависимость от давления паров летучего компонента Bv, которое определяет дефекты структуры. Диффузию проводят в запаянной ампуле. Доноры в соединениях АIIIВV характеризуются крайне низкими значениями коэффициентов диффузии. Поэтому необходимы высокие температуры и большое время диффузии. Это приводит к эрозии поверхности.
На практике при формировании р-n-структур используется лишь диффузия Zn, который является акцепторной примесью и обладает высокой растворимостью. Чтобы уменьшить концентрацию акцепторов на поверхности, диффузию Zn в GaAs часто проводят через тонкий слой SiO2, наносимый на поверхность пластин.
В технологии ИС на GaAs введение примесей осуществляется методом ионной имплантации.
2.5 Излучательная рекомбинация
Ценным свойством многих соединений А В является высокая эффективность излучательной рекомбинации неравновесных носителей заряда. Для генерации излучения в видимой области спектра необходимо ΔЕ0 > 1,7 эВ. Из соединений АIIIВV, освоенных с технологическом отношении, этому условию удовлетворяют GaP и GaN. Для генерации излучения в ИК - области спектра необходимы меньшее значение ΔЕ0. К числу подходящих материалов относится GaAs (Δ Е0 = 1,43 эВ).
Излучение фотонов в GaAs происходит в результате прямой межзонной рекомбинации электронов и дырок. Эффективная люминесценция в GaN и GaP возникает лишь при введении специальных примесей. Так, при легировании GaN цинком в зависимости от концентрации последнего можно получить излучение в желтой, зеленой или голубой областях спектра.
В GaP интенсивная люминесценция обусловлена рекомбинацией с участием изоэлектронных ловушек. Роль таких ловушек играют атомы N или нейтральные комплексы Zn - О. Изоэлектронные ловушки азота вызывают люминесценцию GaP в зеленой области спектра, а комплексы Zn - О ответственны за красное излучение.
2.6 3акоиомерности изменения свойств в зависимости от состава
Твердые растворы позволяют существенно расширить по сравнению с элементарными полупроводниками и полупроводниковыми соединениями набор электрофизических свойств.
Среди полупроводников типа АIIIВV распространены твердые растворы замещения. Необходимыми условиями образования твердых растворов является кристаллохимическое подобие кристаллических решеток соединений компонентов и близость их периодов идентичности.
Наиболее хорошо изучены тройные твердые растворы, в которых замещение происходит лишь по узлам одной из подрешеток бинарного соединения (металлической или металлоидной). Состав таких твердых растворов характеризуют символами AxB1.xC и АСyД1-y , где А и В - элементы III группы, а С и Д — элементы V группы. В формуле AxB1-xC индекс х обозначает мольную долю соединения АВ в твердом растворе. Если твердые растворы существуют во всем диапазоне концентраций, то х можно изменять от 0 до 1.
Как и в бинарных соединения АIIIВV, в твердых растворах не наблюдается существенных отклонений от стехиометрии, поэтому они просты по механизму легирования. Теми же методами, что и в бинарных соединениях, в них могут быть получены p-n-переходы
Особый интерес к твердым растворам обусловлен возможностью плавного управления ΔЕ0 полупроводников путем изменения их компонентного состава. Как видно из рис 2.1, зависимость ΔЕ0 от состава в некоторых системах твердых растворов (GaxIn1-xAs; InPyAs1-y) очень близка к линейной, но может отличаться от нее, обнаруживая экстремум или излом при определенном соотношении компонентов. Конкретный характер зависимости определяется типом зонной структуры соединений - партнеров, т.е. положением энергетических долин в пространстве импульсов: изломы, как правило, наблюдаются в системах твердых растворов, в которых бинарные соединения имеют зонные структуры различных типов.
Подвижность носителей заряда у твердых растворов ограничивается теми же факторами, что и в бинарных соединения.
Изменение ΔЕ0 у твердых растворов сопровождается смещением спектров оптического поглощения и пропускания, люминесценции и фоточувствителькости. В ряде систем при определенном соотношении между компонентами можно получить качественно новые сочетания свойств. Так, в твердых растворах GaAs1-yPy и А1xGa1-xAs (с х и у порядка 0,3...0,4) сочетается достаточно широкая запрещенная зона (ΔЕ0>1,7 эВ) с высоким квантовым выходом межзонной излучательной рекомбинации. Такие материалы используются для создания электролюминесцентных источников красного свечения (светодиодов и лазеров). Твердые растворы GaxIn1-xP с х=0,5...0,7 обладают эффективной электролюминесценцией в желто-зеленой области спектра.
Рис. 2.1
Получение однородных твердых растворов заданного состава представляет трудную технологическую задачу. Методами кристаллизации из расплава удается получить лишь однородные поликристаллические слитки. Монокристаллические слои твердых растворов, используемых в приборных структурах, получают исключительно методами эпитаксии. Эпитаксию твердых растворов GaAS1-yPy осуществляют на подложках GaAs или GaP из ПГФ. Наиболее совершенные эпитаксиальные слои AlxGa1-xAs, AlxGa1-xSb, GaxIn1-xAs, GaxIn1-xP получают методом ЖФЭ с использованием Ga или In в качестве растворителя.
Похожие работы
... материалы, но наибольшее распространение получили оксиды металлов переходной группы Д. И. Менделеева [от титана (порядковый номер 22) до меди (порядковый номер 29)]. Основные требования, предъявляемые к полупроводниковым материалам таких термисторов, определяются необходимостью обеспечить широкий диапазон номинальных сопротивлений, различный температурный коэффициент сопротивления, малый разброс ...
... установкой и откачивают выделяющиеся во время расплавления материала газы и летучие соединения. Откачка длится от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от времени плавки. Высокую степень чистоты полупроводниковых материалов получают возгонкой или сублимацией. Этот метод основан на способности некоторых твёрдых веществ переходить в парообразное состояние, минуя жидкую фазу, а затем в ...
... по миру. Если в 1900 г. в год получали около 8 тысяч тонн легкого металла, то через сто лет объем его производства достиг 24 миллионов тонн. 2. Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы 2.1 Классификация электротехнических материалов Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и ...
... для производства силовых приборов, где в качестве главного требования выступает высокая однородность распределения примесей в кристалле. Метод радиационного легирования также находит все большее применение и для легирования других полупроводниковых материалов. Так, им осуществляют легирование Ge галлием и мышьяком, InSb оловом, GaAs германием и селеном и т. д. 2. Легирование объемных ...
0 комментариев