Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |

x = 0.04-0.16. Рассмотрим теперь, как изменяются энергетические диаграммы гетероструктур p-Ga1-x InxAsy Sb1-y/p-InAs в зависимости от содержания индия в твердом растворе.

Для оценки взаимного расположения зон и величины энергетического зазора между валентной зоной твердого раствора GaInAsSb и зонной проводимости InAs в гетероструктурах использовалось правило электронного сродства, согласно которому значение энергетического зазора на гетерогранице определяется по формуле = 1 - 2 - Eg1, (10) где 1 и 2 Ч электронное сродство в InAs и твердом растворе, Eg1 Ч ширина запрещенной зоны твердого раствора. Расчет Eg1 и величины электронного сродства твердого раствора был выполнен по модели линейной комбинации вкладов бинарных соединений, входящих в состав твердого раствора GaInAsSb, с учетом параметров прогиба в зависимости Eg1(x) для тройных соединений [26,30]. С учетом этих данных при T = 77 K была оценена величина перекрытия зон и энергетического зазора на гетерогранице в гетероструктурах GaInAsSb/InAs для твердых растворов различного состава. Из табл. 4 видно, что величина энергетического зазора медленно уменьшается от 0.075 до 0.04 эВ, при T = 77 K, с увеличением содержания In в четверном твердом растворе. Однако такой гетеропереход для составов твердых растворов Ga1-xInxAsySb1-y (y = 0.22), лежащих в интервале 0.04 < x < 0.22, остается разъедиРис. 11. Зависимости холловской подвижности H от темпераненным гетеропереходом II типа. Расчет зонных диатуры для образца 4 (табл. 3) при напряженностях магнитного поля H, кЭ: 1 Ч1, 2 Ч 10, 3 Ч 20. Символами n и p обо- грамм таких гетеропереходов был впервые выполнен значен тип проводимости. Штриховая линия Ч температурная зависимость H для подложки InAs (p = 1017 см-3).

Таблица 4. Значения величин электронного сродства 1, 2, ширины запрещенной зоны Eg1 и энергетического зазора на гетерогранице в структурах p-Ga1-x Inx Asy Sb1-y /p-InAs : Mn Ранее нами (см. разд. 4) было показано, что по(y = 0.22) в зависимости от мольной доли In движность в электронном канале 1 связана с шириной канала на уровне Ферми d зависимостью 1 d2.

T = 77 K T = 300 K № Из табл. 3 видно, что ширина канала уменьшается с ро- x 1, эВ 2, эВ образца Eg1, эВ, эВ Eg1, эВ, эВ стом содержания индия в твердом растворе до x = 0.и составляет 300-400. Двумерную концентрацию 1 0.04 4.11 4.9 0.79 0.075 0.715 0.электронов Ns можно оценить из значения ширины 2 0.09 4.121 4.9 0.77 0.07 0.67 0.канала на уровне Ферми d2 = /kF, где kF Ч волно- 3 0.16 4.213 4.9 0.63 0.057 0.605 0.4 0.22 4.26 4.9 0.6 0.04 0.565 0.вой вектор. Для гетероструктур с твердым раствором Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 528 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Ф. Липаев, Ю.П. Яковлев в работе [17] для четырех типов p-P, n-N, p-N и N-p (с широкозонным слоем GaInAsSb). Величина перекрытия зон на гетерогранице 60 мэВ была определена экспериментально из измерений вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик для гетероперехода p-Ga0.83In0.17As0.22Sb0.78/p-InAs [17].

Можно ожидать, что электронный канал существует при всех составах твердого раствора. Глубина электронного канала, отсчитанная от уровня Ферми EF, должна быть тем меньше, чем больше содержание индия в твердом растворе.

6. Гетеропереходы II типа в системе Ga1-xInxAsySb1-y/GaSb (x > 0.85, y = 0.22) Гетеропереходы Ga1-x InxAsy Sb1-y /GaSb (x > 0.85) отличаются от гетеропереходов Ga1-xInx AsySb1-y/InAs Рис. 12. Электронное сродство 2 для твердого раство(x < 0.22) бинарными соединениями (в первом случае ра Ga1-x InxAsySb1-y и величина энергетического зазора (T = 77 и 300 K) в гетероструктурах Ga1-xInx AsySb1-y/GaSb GaSb, а во втором Ч InAs), а также контактирующими в зависимости от состава твердого раствора x.

твердыми растворами. Как было показано ранее [8], в гетероструктурах на основе Ga1-xInx AsySb1-y могут реализовываться как ступенчатые, так и разъединенные гетеропереходы II типа. Интересно было исследовать, дать, что в гетероструктурах Ga1-xInxAsy Sb1-y /GaSb образуется ли электронный канал в изотипной гетев области составов x 0.85 реализуется ступенчатый роструктуре p-GaInAsSb/p-GaSb, как это имеет место гетеропереход по всем интервале температур от на гетеропереходе p-GaInAsSb/p-InAs. Это открывает до 300 K, а при x 0.95 гетеропереход должен быть новые возможности для изучения динамики изменения разъединенным. Этот результат был подтвержден теорегальваномагнитных свойств гетеропереходов при изметическими расчетами, проведенными в [33]. Как видно из нении от ступенчатого типа к разъединенному.

рис. 12, при x 0.92 благодаря температурной зависиРазрыв зон проводимости в гетеропереходе определямости Eg в GaSb тип гетероперехода Ga1-xInxAsSb/GaSb ется разностью электронного сродства 1 для твердого изменяется в зависимости от температуры Ч с ростом раствора InGaAsSb и 2 для материала подложки GaSb.

температуры можно ожидать перехода от ступенчатого Если этот разрыв меньше значения ширины запрещенгетероперехода к разъединенному. Изменение характера ной зоны GaSb, то может образоваться ступенчатый гегетероперехода должно повлечь за собой изменение теропереход II типа, если больше ширины запрещенной транспортных свойств такой гетероструктуры [27].

зоны Ч разъединенный. В многокомпонентных твердых растворах Ga1-xInxAsy Sb1-y электронное сродство 6.1. Нелегированные твердые растворы при различных составах можно определить исходя из электронного сродства для каждого из бинарных соедиНелегированные эпитаксиальные слои твердых раснений по эмпирической формуле [31,32] творов Ga1-xInx AsySb1-y (x = 0.85, 0.92 и 0.95) n-типа проводимости были получены на подложках GaSb меGaInAsSb(x, y) =InSbx(1 - y) +InAsxy тодом ЖФЭ. В качестве материала подложки использовался n-GaSb : Te и высокоомный p-GaSb : Pb. Для всех + GaSb(1 - x)(1 - y) +GaAs(1 - x)y. (11) образцов при T = 77 и 300 K была характерна проводимость n-типа (см. табл. 5, образцы 1-6).

На рис. 12 представлены значения электронного В гетероструктурах Ga0.15In0.85Asy Sb1-y/GaSb с нелесродства 2 для твердых растворов p-Ga1-xInx AsSb гированным твердым раствором (образцы 1 и 4, рис. 13) (x 0.8), рассчитанные по формуле (11) в зависимости наблюдалась активационная зависимость коэффициента от x. Исходя из этих данных, с учетом значений ширины Холла RH от обратной температуры с тремя наклонами, запрещенной зоны, по формуле (10) можно определить соответствующими энергиям активации электронов в энергетический зазор между валентной зоной GaSb твердом растворе ED = 0.002, 0.02 и 0.09 эВ.2 Это можно и зоной проводимости твердого раствора (считая 1 Ч приписать наличию мелких неконтролируемых примесей электронным сродством в GaSb). Рассчитанные значения в зависимости от состава твердого раствора пред- При расчете RH за толщину образца принималась толщина эпиставлены на рис. 12. Исходя из этих данных можно ожи- таксиального слоя твердого раствора.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb Таблица 5. Характеристики гетеростуктур Ga1-x InxAsySb1-y /GaSb (y = 0.22) T = 77 K T = 300 K № Содержание Тип образца In, x структуры Знак эдс, |RH|, |H|, Знак эдс, |RH|, |H|, Холла см-1Ом-1 см3/Кл см2/(В с) Холла см-1Ом-1 см3/Кл см2/(В с) Нелегированный твердый раствор GaInAsSb 1 0.85 n-N n 330 11 3700 n 1200 1.6 2 0.92 n-N n 1300 3.5 4500 n 5300 0.95 3 0.95 n-N n 1600 8.7 14000 n 2600 3.8 4 0.85 n-P n 54 115 6300 n 130 30 5 0.92 n-P n 1900 4.2 8000 n 4700 2.1 6 0.95 n-P n 550 25.5 14000 n 5200 22 11 Легированный акцепторами (Zn, Mn) твердый раствор GaInAsSb 7 0.85 p-N p 12 4.9 59 p 17 2.1 8 0.92 p-P p 26 8.3 220 n 47 21.5 9 0.95 p-P n 135 22 3000 n 200 14 Примечание. При расчете проводимости и постоянной Холла RH в гетероструктурах в качестве толщины использовалась толщина эпитаксиального слоя GaInAsSb.

и структурных дефектов. Величина и температурная которой в системе Ga1-xInx AsySb1-y /GaSb (x = 0.85) зависимость холловской подвижности на рис. 14 типична должен иметь место ступенчатый гетеропереход во всем для твердых растворов и обусловлена рассеянием но- интервале температур.

сителей тока на дефектах и колебаниях решетки. Это В нелегированных гетероструктурах указывает на то, что магнитотранспортные свойства Ga1-xInx AsySb1-y/GaSb при x = 0.95 (образцы 3 и 6) исследуемых гетероструктур опредяляются свойствами наблюдается совершенно иная картина (см, рис. 13 и 14).

только твердого раствора. Это находится в соответствии Согласно оценкам, можно было ожидать существования с энергетической диаграммой гетероперехода, согласно электронного канала с высокой подвижностью на Рис. 13. Зависимости коэффициента Холла RH при H = 2кЭ Рис. 14. Холловская подвижность H при H = 2кЭ в заот обратной температуры для образцов 1Ц6 (табл. 5) с висимости от температуры для образцов гетероструктур 1Цнелегированными слоями твердого раствора. Номера кривых (табл. 5) с нелегированными слоями твердого раствора. Номесоответствуют номерам образцов в табл. 5. ра кривых соответствуют номерам образцов в табл. 5.

2 Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 530 Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Ф. Липаев, Ю.П. Яковлев гетерогранице при наличии разъединенного гетероперехода. Экспериментальные данные это подтверждают.

Из табл. 5 и рис. 14 видно, что подвижность в этих образцах составляет 14 000 см2/(В с) при T = 77 K и 10 000 см2/(В с) при 300 K, что в несколько раз выше, чем в эпитаксиальных слоях твердого раствора GaInAsSb такого же состава (см. образцы 1 и 4 в табл. 5).

В гетероструктурах Ga1-xInx AsySb1-y/GaSb при x = 0.92 с повышением температуры наблюдается небольшой рост подвижности (см. рис. 14, образцы и 5), который можно объяснить изменением характера гетероперехода: переход от ступенчатого гетероперехода при T = 77 K к разъединенному гетеропереходу при T = 300 K за счет изменения ширины запрещенной зоны GaSb при повышении температуры.

Существенное различие магнитотранспортных свойств гетероструктур Ga1-x Inx AsySb1-y /GaSb при x = 0.85 и x = 0.92 наблюдается в зависимостях коэффициента Холла от напряженности магнитного поля.

Если для образца с x = 0.85 коэффициент Холла не изменяется с ростом напряженности магнитного поля, что характерно для проводимости с участием одного сорта Рис. 15. Зависимости коэффициента Холла RH при H = 2кЭ носителей тока (электронов в твердом растворе), то при от обратной температуры для образцов гетероструктур 7-x 0.92 наблюдается небольшое (двукратное) уменьше(табл. 5) с легированными слоями твердого раствора. Номера ние коэффициента Холла, которое указывает на участие кривых соответствуют номерам образцов в табл. 5. Сплошные в переносе двух сортов носителей тока (электронов в линии Ч n-тип, штриховые Ч p-тип. При расчете RH за твердом растворе и в квантовой яме на гетерогранице).

толщину образца принималась толщина эпитаксиального слоя Таким образом, измеренные значения, RH, H в твердого раствора.

гетероструктурах Ga1-xInxAsySb1-y/GaSb при x=0.определяются свойствами собственно твердого раствора, а при x 0.92 определяются как свойствами твердого раствора, так и свойствами электронного канала.

Поэтому если в качестве подвижности для электронов в твердом растворе Ga1-xInxAsySb1-y при x = 0.принять данные, полученные для образца с x = 0.85, то можно рассчитать подвижность в электронном канале для любого исследуемого образца по формуле двухслойной модели (8).

Тогда подвижность в электронном канале, например, для образца 3 (x = 0.95) будет = 16 600 см2/(В с) при T = 77 K и = 16 700 см2/(В с) при T = 300 K.

6.2. Легированные твердые растворы При излучении гетероструктур с твердыми растворами, легированными акцепторными примесями Zn и Mn (концентрация легирующих примесей 10-3 ат%, образцы 7-9, табл. 5), было установлено, что ступенчатые гетероструктуры Ga1-xInx AsySb1-y/GaSb с x = 0.85 в исследованном интервале температур обладают дырочной проводимостью (кривые 7 на рис. 15 и 16). Как и в образцах с нелегированными эпитаксиальными слоями (см. рис. 13) такого же состава, транспорт в гетерострук- Рис. 16. Холловская подвижность H при H = 2кЭ в зависимости от температуры для образцов 7-9 (табл. 5) с турах p-Ga1-xInx AsySb1-y/GaSb с x = 0.85 определяется легированными слоями твердого раствора. Номера кривых сосвойствами твердого раствора.

ответствуют номерам образцов в табл. 5. Сплошные линии Ч В разъединенных гетероструктурах n-тип, штриховые Ч p-тип.

p-Ga1-xInxAsy Sb1-y /GaSb при x = 0.95 (образец 9, Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа на основе GaInAsSb/InAs и GaInAsSb/GaSb Таблица 6. Характеристики гетероструктур p-Ga1-xInxAsySb1-y /p-InAs : Mn (y = 0.22) при T = 77 K R, см2/Кл H, см2/(В с) ( /), % № Содержание Концентрация образца In, x дырок p, см-3 H = 2кЭ H = 20 кЭ H = 2кЭ H = 20 кЭ H = 2кЭ H = 20 кЭ 1 0.04 1017 -7 105 -7 105 -44 000 -40 000 +4 +2 0.09 1017 -9 105 -9 105 -48 000 -46 000 +2 +3 0.22 1017 -6 105 -6 105 -30 000 -30 000 +5 +4 0.04 5 1018 -220 +5.4 -440 +14 -1.3 -9.5 0.09 6 1018 -1170 -12 -2800 -20 -4 -6 0.22 7 1018 -390 +4 -1200 +13 -1.5 -10.рис. 15 и 16) при аналогичном уровне легирования Zn во разцы 4, 5, 6) при T = 77 K. Характеристики образцов всем интервале температур наблюдается проводимость приведены в табл. 6. Видно, что величина R и подвижэлектронного типа, т. е. существует разъединенный ность H для образцов 1-3 имеют высокие значения гетеропереход. Коэффициент Холла не зависит от и постоянны при всех полях, а в образцах 4-6 резко температуры и напряженности магнитного поля. Хол- падают уже при полях 5 кЭ. Такой аномальный харакловская подвижность составляет H = 3000 см2/(В с) тер коэффициента Холла свойствен полупроводникам с при T = 77 K. Преобладает вклад только от одного типа магнитными примесями, в частности InAs, легированносителей заряда Ч электронов в квантовой яме.

ному Mn (p (5-8) 1018 см-3). В отличие от этого Таким образом, легирование твердого раствора акцепв InAs, легированном немагнитными примесями такой торными примесями приводит к снижению максимальже концентрации, в частности Zn, коэффициент Холла и ной подвижности носителей тока в электронном канале подвижность не изменяются с температурой, а также не до 3000 см2/(В с), что объясняется сильной компенсазависят от напряженности магнитного поля вследствие цией твердого раствора и, как следствие, увеличением вырождения электронного газа.

амплитуды флуктуаций потенциала на гетерогранице.

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |    Книги по разным темам