ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОБЛУЧЕНИЯ а-ЧАСТИЦАМИ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО GaAs Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.315

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ОБЛУЧЕНИЯ а-ЧАСТИЦАМИ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУИЗОЛИРУЮЩЕГО СаАэ

Г. Е. Зардас1, Ч. И. Симеонидис1, П. К. Эвфимиу1, И. Чех2,

Представлены результаты измерений фотопроводимости полуизолирующего СаЛз (нелегированного, а также легированного Сг) при низкой температуре до и после облучения а-частицами. В спектрах фотопроводимости наблюдался основной максимум при энергии фотонов, соответствующей энергии запрещенной зоны Ед, и побочный максимум при энергии, меньшей величины Ед для нелегированного материала. После облучения а-частицами фототок уменьшался. Падение фотопроводимости составляло от 45% до 80%. Отжиг образцов не приводил к заметному восстановлению проводимости.

Несмотря на значительные усилия, предпринятые для понимания природы, стабильности и энергетического спектра локальных центров, образующихся под действием частиц высоких энергий в СаЛз и создаваемых на его основе структурах [1 - 4], многие вопросы в этой области остаются неясными и требуют дальнейшего исследования.

Хорошо известно, что взаимодействие точечных дефектов, образующихся при облучении частицами, может приводить к различным изменениям в энергетическом спектре, которые наблюдаются в эксперименте. Простым методом образования дефектов в образце является облучение а-частицами. В настоящей работе исследуется влияние

Афинский университет, Физический факультет, кафедра физики твердого тела.

2Научно-исследовательский институт технической физики, Венгерская академия наук, Будапешт.

В. С. Вавилов

2.84-МэВ а-частиц на свойства СаЛз (нелегированного и легированного Сг) путем измерения спектров фотопроводимости образцов при различных температурах от 200 до 300 К.

Исследовались три образца полуизолирующего СаЛз: (1) нелегированный СаЛз (р = 3.44-108 Ом ■ см); (2) слабо легированный хромом СаАэ (р = 3.44-10' Ом - см) и (3) сильно легированный хромом СаАз (р = 1.235-107 Ом • см). На освещаемую поверхность образцов были напылены два почти прозрачных золотых контакта, расположенных на расстоянии 50 мкм. В остальном экспериментальная методика была аналогична применявшейся ранее в [4]. Длина пробега а-частиц в направлении нормали к освещаемой поверхности образцов равнялась 6.4 мкм. Были измерены спектры 1Р при температурах 200, 225, 250, 275 и 300 К до облучения. После этого мы облучали каждый образец при 200 К а-частицами с энергией 2.85 МэВ в течение более 43 час, & затем измеряли спектры. Доза излучения составляла от 8.53 • 1012 до 9.6 • 1012 частиц/см2. После этого мы отжигали каждый образец в течение 30 л« и и при указанных выше температурах,

измеряли при каждой температуре /р, а затем охлаждали его до 200 К и снова измеряли /Р.

Рис. 1. Зависимости тока фотопроводимости образца N 1 от энергии фотонов при пяти различных температурах до облучения.

Рис. 2. Зависимости тока фотопроводимости образца N 1 от энергии фотонов при трех различных температурах до облучения.

а) Образец N 1: полуизолирующий нелегированный СаАз. Спектры /р при различных температурах до облучения представлены на рис. 1. При всех температурах мы наблюдали основной максимум при энергии фотонов, равной ширине запрещенной зонь

при данной температуре. Кроме того, как и в работе [4] для СаЛз с низким удельным сопротивлением, в ряде случаев наблюдался более слабый максимум при энергии, меньшей ширины запрещенной зоны при 200 К. При понижении температуры фототок 1Р возрастал. Как и в [5], возрастание происходило в основном в максимумах спектра. Возможно, что это возрастание вызвано увеличением энергии термической активации сечения захвата дырок центром, управляющим временем жизни [6]. С другой стороны, ранее увеличение /р объяснялось фотогенерацией новых комплексных дефектов или фо-тоиндуцированными переходами некоторых комплексных дефектов, отличных от ЕЬ2, из основного в метастабильное состояние [7]. Аналогичный результат наблюдался при высоких температурах для СаАв с низким удельным сопротивлением [4]. Для того, чтобы лучше различить основные особенности спектров, на рис. 2 приведены спектры только для трех температур. Видно, что второй слабый максимум при энергии 1.4 эВ появляется в спектре только при Т = 200 К.

На рис. 3 приведены спектры фототока при температурах 200 и 300 К до и после облучения образца а-частицами при 200 К. Видно, что форма спектра после облучения такая же, как и до облучения, но фототок в максимумах уменьшается почти на 50%. Заметим, что в случае СаЛз с малым удельным сопротивлением [4] фототок возрастал после облучения. Наблюдавшееся уменьшение фототока может быть вызвано образованием комплексных дефектов в образце в результате облучения. Это предположение подтверждается тем фактом, что отжиг образца приводит лишь к небольшому восстановлению фотопроводимости. После облучения слабый максимум почти сравнивается по амплитуде с основным. Это может быть вызвано собранным пространственным зарядом после облучения [2], а также тем фактом, что облучение влияет только на рассеяние на ионизованных примесях.

На рис. 4 приведены спектры фототока до облучения, после облучения в течение 43 час 10мин и после 30-мин изохронного отжига при различных температурах до 300 К. Образец облучался при 200 К. Было обнаружено, что отжиг при температуре до 300 К вызывал лишь небольшое восстановление фотопроводимости. Это вызвано тем, что а-частицы создают не точечные дефекты, а либо локальные неоднородности, либо кластеры дефектов [7].

б) Образец N 2: Полуизолирующий СаЛз слабо легированный Сг. Спектры 1Р для различных температур приведены на рис. 5. В отличие от спектра образца N 1 при 200 К, при всех температурах был виден лишь основной максимум при энергии фотонов, равной энергии запрещенной зоны. Фототок 1Р был значительно выше, чем для образ-

О) (2)

(За) 2*0 К (36) ЗООК

Рис. 3. Зависимости тока фотопроводимости образца N 1 от энергии фотонов при двух различных температурах (а) до и (б) после облучения.

Рис. 4. Зависимости тока фотопроводимости образца N 1 от энергии фотонов (1) до облучения, (2) после облучения и (За, 36) после 30-мин отжига при различных температурах. Измерения выполнены для облучения при 200 К.

(1а) Т=200К (16) Т=200 К (2а) Т=300 К (26) Т=200К

ца N 1 и, в отличие от первого случая, возрастал при повышении температуры. Это может быть вызвано уровнями Сг (лежащими от 0.22 до 0.72 эВ) и влиянием на них собственных уровней ЕЬ2 [9].

(1)Т=200К

(2)Т=225 К

(3)Т=250К

(4) т=271 К

(5)Т=300К

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 Е, эВ Е, эВ

Рис. 5. Зависимости тока фотопроводимости образца N 2 от энергии фотонов при различных температурах до облучения.

Рис. 6. Зависимости тока фотопроводимости образца N 2 от энергии фотонов при двух различных температурах (а) до и (б) после облучения.

На рис. 6 приведены спектры фотопроводимости для температур 200 и 300 К до облучения и после облучения а-частицами при 200 К в течение 47 час 40 мин. Как и в случае (а), спектр после облучения имеет такую же форму, как и до облучения, но уменьшение фототока сильнее, чем в случае (а). При Т — 300 К оно составляет около 90%. Изохронный 30--иим отжиг образца при различных температурах до 300 К и измерения, выполненные для облучения при 200 К, не показали восстановления фотопроводимости образца.

Рис. 7. Зависимости тока фотопроводимости образца N 3 от энергии фотонов при различных температурах до облучения.

Рис. 8. Зависимости тока фотопроводимости образца N 3 от энергии фотонов при двух различных температурах (а) до и (б) после облучения.

в) Образец N 3: Полуизолирующий ОаАз сильно легированный Сг. Спектры 1Р, измеренные при разных температурах до облучения, представлены на рис. 7. Они имеют те же характеристики, что и спектры в случае (в). Фототок 1Р возрастает при повышении температуры, но пиковые значения тока выше, чем в случае (б) из-за более высокой концентрации Сг.

На рис. 8 представлены спектры фототока при температурах 200 и 300 К до облучения и после облучения а-частицами при 200 К в течение 48 час 15мин. Видно, что форма спектра после облучения прежняя, но уменьшение фототока после облучения сильнее, чем в случае (б). Как и в случае (б), изохронный 30-мин отжиг образца при различных температурах до 300 К и измерения, выполненные для облучения при 200 К, не показали восстановления фотопроводимости образца.

Следует отметить, что хотя GaAs с высоким удельным сопротивлением (как в настоящей работе), так же как и GaAs с низким удельным сопротивлением (как в [4]), облучались a-частицами от одного источника и примерно одинаковыми дозами, восстановление фотопроводимости для GaAs с высоким удельным сопротивлением было очень малым, а для GaAs с низким удельным сопротивлением оно было значительным.

Работа поддержана Национальным Комитетом Технологического развития и Депар таментом Международных отношений Венгрии, а также Генеральным Секретариатом Исследований и Технологии Греции.

ЛИТЕРАТУРА

[1] H и С. IEEE Electron Dev. Lett., 1-3, 32 (1982).

[2] H o p k i n s M. A. and S г о u г J. I. IEEE Trans. Nucl. Sei., 30, 4457 (1983).

[3] Z u 1 e e g R. Proc. IEEE, 77, 389 (1989).

[4]Euthymiou P. C., Zardas G. E., Symeonides C. H., Banbury Р. С., and К o u г k о u t a S. С. D. Phys. Status Solidi A, 139, К 113 (1993).

[5] M о h a p a t r a Y. N. and К u m a г V. Phys. Status Solidi A, 114, 659 (1989).

[6] T h e o d о г о u D. E. and Q u e i s s e r H.j. Phys. Rev. В, 27, 7786 (1983).

[7] D e s n i с a U. V. and S a n t i с В. J. Appl. Phys., 67, 1408 (1990).

[8] Nakajima K.,Hirohata T., Can H., and Misushima Y. Electron. Lett., 28, 2046 (1990).

[9] Mittonneau A., Martin G. M., Mircea A., and P о n s D. Rev. Phys Appl., 14, 53 (1979).

Поступила в редакцию 15 января 2000 г.