Катодолюминесценция твердых растворов на основе (SiC)1-x(AlN)x

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

ирокие бесструктурные полосы полушириной около 0,5 эВ.

Рис. 2 - Спектры ФЛ SiC, легированных различными примесями

 

Спектры люминесценции различных политипов карбида кремния, легированных различными примесями, подобны по форме и смещены друг относительно друга в соответствии с различиями в ширине запрещенной зоны этих политипов [1].

Фотолюминесценцию твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x исследовали при различных температурах и для различных составов [5]. На рис.3. приведены спектры фотолюминесценции образцов (SiC)1-x(AlN)x с х=0,05 и х=0.24 при 77К и 300К. Для образцов с содержанием нитрида алюминия 5 мол % наблюдается интенсивная полоса с hn=2,1 эВ и слабый пик с hn=2,8 эВ. С увеличением процентного содержания нитрида алюминия максимумы полос фотолюминесценции плавно смещаются в коротковолновую область. В исследованных нами составах диапазон смещения составлял величину от 1,80 до 3,75 эВ.

Понижение температуры также приводит к плавному смещению максимумов в коротковолновую область спектра. При 77К для содержания нитрида алюминия 5 мол % интенсивность основной полосы уменьшается и на ней проявляется ступенька, а коротковолнового пика - увеличивается в 4-5 раз. Максимумы полос при этом смешаются от 2.80 до 2.65 эВ с сохранением расстояния между ними. Наблюдаемую структуру полос интерпретирован следующим образом: Основными центрами люминесценции, как и в SiC (не считая люминесцентно - активных центров, возникающих под воздействием внешнего облучения), являются, по-видимому, донорно-акцепторные пары и одиночные атомы. Можно предположить, что за коротковолновую полосу ответственны атомы азота или донорно-акцепторные пары азот-алюминий, а длинноволновая полоса обусловлена атомами алюминия.

 

Рис. 3 - Спектры фотолюминесценции эпитаксиальных слоев (SiC)1-x(AlN)x в зависимости от состава и температуры. Т, К: 1,2 - 77К; 3 - 300К:

Составы х: 1,3 - 0,05; 2 - 0,24

 

Гетероструктуры р-(SiC)1-x(AlN)x/п-SiC обладали эффективной электролюминесценцией при комнатной температуре [6]. Спектры состояли из двух полос, положение максимума и относительная интенсивность которых, зависели от состава эпитаксиального слоя (SiC)1-х (AlN)х и величины прямого или обратного тока через р-п-переход. На рис.4 приведены спектры электролюминесценции гетероструктур (SiC)1-x(AlN)x/ SiC с x=0,05; 0,24. Видно, что при малых токах через структуру (кривые 1,2) спектр состоит из двух интенсивных полос с максимумами при энергиях hnmax(1)=2,25эВ и hnmax(2)=2,62эВ и коротковолновых с hnmax(1)=2,52эВ и hnmax(2)=3,0эВ. По-видимому, длинноволновые полосы, характерные для SiC, возникают за счёт инжекции дырок из широкозонного твёрдого раствора в относительно более узкозонную подложку SiC. Коротковолновые полосы обусловлены излучением эпитаксиального слоя (SiC)1-x(AlN)x вблизи гетерограницы.

 

Рис. 4 - Спектры электролюминесценции гетероструктур SiC/(SiC)1-x(AlN)x (температура 300К): I=3мА(кривые 1,2), 20 мА (кривые 3,4), 30 мА обратное смещение (кривая 5); 1,3 - Х=0,05: 2,4,5 - Х=0,24

 

С увеличением уровня инжекции интенсивность коротковолнового излучения, происходящего в твёрдом растворе, растёт быстрее, чем в подложке, а спектр излучения в целом сдвигается в область больших энергий. При этом, как видно из рисунка, полоса излучения эпитаксиального слоя шире, чем подложки. Это связано с неоднородностью состава (SiC)1-x(AlN)x по толщине, статистическим распределением атомов в твёрдом растворе и, как следствие, уширением примесных уровней.

При обратном смещении (кривая 5) спектр излучения ещё более уширяется и сдвигается в коротковолновую область (hnmax =3,26 эВ при х=0,24 ). По-видимому, это обусловлено расширением слоя объёмного заряда в основном в сторону высокоомного эпитаксиального слоя и возрастанием вклада твердого раствора (SiC)1-x(AlN)x в спектр излучения.Сравнение спектров электролюминесценции гетероструктур и фотолюминесценции слоёв (SiC)1-x(AlN)x показывает, что независимо от способа возбуждения характерные для (SiC)1-x(AlN)x полосы сохраняются, что указывает на одинаковую природу излучения.

ГЛАВА 2. Методы выращивания и исследований твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x

 

.1 Технологическая установка для выращивания твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x

 

Выращивание твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x на подложках SiC cублимационным "сэндвич"- методом проводилось в высокотемпературной вакуумной установке, структурная схема которой представлена на рис. 5.

 

Рис. 5 - Структурная схема высокотемпературной установки для выращивания ЭС (SiC)1-x(AlN)x сублимационным "сэндвич"- методом

 

Технические решения, принятые при конструировании и сборке установки позволили добиться всех условий, необходимых для получения качественных эпитаксиальных слоев и объемных монокристаллов (SiC)1-x(AlN)x :

Большой цилиндрический рабочий объем ( 80*180мм), ограниченный размерами нагревателя ( 120*250мм).

Двухступенчатая система откачки, позволяющая достижения вакуума до 1,3*10-2 Па.

Плавная автоматическая регулировка и точное поддержание температуры в зоне роста до 2800К с использованием систем высокоточного регулирования температуры (ВРТ) и программатора РИФ.

Возможность перемещения контейнера с тиглем в процессе роста вдоль оси нагревателя в зоны с различными градиентами температуры.

Система напуска и контроля состава и парциального давления инертных газов в зоне роста.

Эффективная система охлаждения рабочей камеры проточной водой.

Система автоматической защиты и аварийного отключения.

Сэндвич-метод для выращивания твердых растворов проводили в яч?/p>