Фотоэлектромагнитный комплекс методов определения рекомбинационно-диффузионных параметров носителей заряда в эпитаксиальных плёнках кадмий-ртуть-теллур Р-типа

УДК 621.315.592

В.Я. Костюченко¹, Д.Ю. Протасов^1,2

1. Сибирская государственная геодезическая академия,

Институт оптики и оптических технологий

ул. Плахотного, 10, Новосибирск, 630108, Россия

2. Институт физики полупроводников СО РАН

пр. Академика Лаврентьева, 13, Новосибирск, 630090, Россия

E-mail: V.Y.Kostuk@ssga.ru

ФОТОЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КОМПЛЕКС МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕКОМБИНАЦИОННО-ДИФФУЗИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЁНКАХ КАДМИЙ–РТУТЬ–ТЕЛЛУР Р-ТИПА

В работе предлагается развитый для эпитаксиальных плёнок кадмий–ртуть–теллур р-типа фотоэлектромагнитный комплекс методов определения рекомбинационно-диффузионных параметров при температуре 77÷125 K. Комплекс включает в себя методы, основанные на измерении фотопроводимости в магнитном поле для геометрий Фойгта и Фарадея, фотомагнитного эффекта, эффекта Холла и магнитосопротивления.

Ключевые слова: узкозонные полупроводники, эпитаксиальные плёнки, фотоэлектромагнитные методы, рекомбинационные параметры.

Введение

На основе эпитаксиальных плёнок р-типа Cd_xHg_1-xTe (КРТ), где x– мольный состав Cd, изготавливают фотоприёмные устройства (ФПУ) для инфракрасной (ИК) области спектра в виде матриц с n-p-переходами [1]. Характеристики таких ФПУ во многом определяются рекомбинационно-диффузионными параметрами носителей заряда.

В обзоре [1] проанализированы результаты теоретических и экспериментальных исследований поведения фотогенерированного электронно-дырочного газа в эпитаксиальных плёнках р-КРТ (x ~ 0,2), помещённых в стационарные скрещенные электрическое  и магнитное  поля . Рассмотрены для этих плёнок фотомагнитный эффект (ФМЭ) и фотопроводимость (ФП). Показано, что построенной теорией для ФП и ФМЭ хорошо описываются экспериментальные магнитополевые зависимости ФМЭ и ФП в геометрии Фойгта (,  и ,  – волновой вектор излучения) и Фарадея (,  и ). В связи с этим появилась возможность из соответствия теоретических и экспериментальных данных ФМЭ и ФП определить такие рекомбинационно-диффузионные параметры, как объёмное время жизни электронов  и дырок , подвижность неосновных носителей заряда , эффективные скорости рекомбинации носителей заряда на границах варизонных слоёв с центральной однородной по х областью плёнки со стороны свободной и связанной с подложкой границами плёнки  и , соответственно [3].

Метод стационарной ФП обычно применяется для узкозонных полупроводников, в которых малы времена жизни носителей заряда. Для указанных выше ФПУ метод стационарной ФП даёт более правдоподобную информацию, так как приёмники работают в режиме квазистационарных световых потоков [4]. Однако, ФП в плёнках р-КРТ, толщина которых d сравнима с длиной диффузии L неосновных носителей заряда (ННЗ) , зависит не только от , но и от таких параметров, как:  и, ,  и . Поэтому нахождение из ФП времени жизни электронов  существенно затруднено.

ФМЭ для этих плёнок также зависит от указанных параметров. Как правило, ФМЭ и ФП анализировались отдельно при изучении объёмных полупроводников. Магнитополевая зависимость ФП не рассматривалась. Для плёнок р-КРТ с x ~ 0,2  с целью получения более достоверной информации о параметрах необходим совместный анализ магнитополевой зависимости ФП и ФМЭ.

Для определения ,  и  изучались магнитополевые зависимости ФМЭ и ФП в геометрии Фойгта. Часть параметров сигнала ФП определялись независимыми методами. Параметры основных носителей заряда (подвижность  и концентрация дырок) определялись по результатам измерений магнитополевых зависимостей эффекта Холла и магнитосопротивления методом «спектра подвижности» [5] и так называемой многозонной подгонкой [6]. Из сигнала ФП в геометрии Фарадея определялись подвижность  неосновных электронов и коэффициент пропорциональности между концентрациями электронов на рекомбинационном центре и в зоне проводимости К. Следует отметить, что  определяется параметрами рекомбинационных центров (РЦ): концентрацией , энергией залегания , коэффициентами захвата электронной  и дырок  на РЦ. Изучение рекомбинационных центров методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней [7] в р-КРТ с x ~ 0,2 затруднено следующими причинами: во-первых, малая ширина запрещённой зоны требует использования гелиевых температур; во-вторых, трудно изготовить p-n переход на этом материале, который не имел бы туннельного пробоя при низких температурах. Поэтому развитие фотоэлектромагнитных методов изучения РЦ является актуальным.

В работе рассматриваются развитые для эпитаксиальных плёнок р-КРТ с x ~ 0,2 фотоэлектромагнитные методы определения , К, ,  и ,  и .

Образцы и экспериментальная установка

Исследовались плёнки р-КРТ, которые были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках из пластин GaAs ориентации (013) диаметром два дюйма, на которых последовательно выращивались буферные слои ZnTe и CdTe толщиной < 0,1 мкм и несколько мкм, соответственно [8]. Рост плёнок начинался с x ~ 0,3÷0,4, затем на толщине 1÷2 мкм он понижался до 0,21÷0,23 (центральная область). Центральная область плёнок имела толщину 7÷10 мкм. Рост завершался увеличением x~ 0,5 на толщине ~ 0,5 мкм. Состав x во время роста непрерывно контролировался эллипсометром. Плёнки после роста имели n-тип проводимости и для конвертирования в p-тип их отжигали в атмосфере инертного газа.