ГЕТЕРОВАРИЗОННЫЕ СТРУКТУРЫ Ga1-xAlxP/GaP НОВОГО ТИПА
К.ф.-м.н. Д.Мелебаев
Аннотация – Разработаны технологические режимы для получения высококачественных активных варизонных слоев Ga1-xAlxP/GaP (0,15≤x≤0,70) с использованием жидкостной эпитаксии. Предложенная технология обеспечивает повышения квантовой эффективности оптоэлектронных приборов.
Ключевые слова: гетероваризонные структуры, варизоннаяm-s-структура, Ga1-xAlxP, m-s-переход, фотоприемник
Эпитаксиальная технология, развитая в последнее время, позволяет создавать Ga1-xAlxP/GaP структуры для фотоэлектрических приборов разного типа, в том числе широкополосных и селективных фотоприемников ультрафиолетового излучения [1, 2] и солнечных элементов, применяемых для преобразования фиолетового и ультрафиолетового диапазонов спектра в каскадных системах [3].
Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию структурных и фотоэлектрических параметров Ga1-xAlxP/GaP гетероваризонных (ГВ) структур с целью выяснения влияния буферных слоевGa1-xAlxP (0,35≤x≤0,80) на качество активного варизонного слояGa1-xAlxP (0,15≤x≤0,70).
n-Ga1-xAlxP/GaP (111) структура с буферными и активными варизонными слоями выращивались методом жидкофазной эпитаксии [2]. СоставGa1-xAlxP, по данным измерений на рентгеновском микроанализаторе, был варизонным – содержание AlP в слоях убывало от границы «слой-подложка» (xо=0,35-0,80) к поверхности слоя в структурах 1-6 (xs=0,03-0,53): градиент варизонного слоя по минимальной энергии прямых оптических переходов для разных структур составляла 20-120 эВ/см.
Основные параметры Ga1-xAlxP/GaP ГВ структур определены при помощи микрорентгеноспектрального анализа и исследованием структур с потенциальным барьером типа металл-полупроводник (m-s)Au-n-Ga1-xAlxP/GaP ( см. рис. 1 и 2, а, б, в).
На основе микрорентгеновских данных было установлено, что между активным слоем Ga1-xAlxP и подложкой GaP имеются буферные слои постоянного и переменного составов. Впервые обнаружена новая закономерность: в буферных слоях распределение содержания альюминия по толщине структуры линейно-ступенчатое (рис. 1, структуры 2-6).
Ga1-xAlxP/GaP ГВ структуры нового типа созданы в одном технологическом процессе с использованием единого насыщенного раствора-расплава Ga-Al-P. Перед осаждением раствора-расплава температура системы кратковременно повышалась на 5-25оC относительно температуры ликвидуса. При этом на границе раздела подложка-раствор-расплав возникают нелинейные эффекты, которые приводит к образованию характерных ступенек (рис. 1, структуры 2-6, структура 1 - обычная), а структуры 7, 8 в этой работе не обсуждается.
Показано, что при совместном использовании буферных слоев постоянного и переменного состава плотность наклонных дислокаций в структурах уменьшается. Это приводит к структурному совершенству активного варизонного слоя (рис. 1, структуры 2-6), что доказывается увеличением диффузионно-дрейфовой длины неосновных носителей заряда.
При освещении варизонной структуры со стороны широкозонной части (рис. 2, кривая b) реализуется селективный режим фоточувствительности (рис. 2, в), т.е. удовлетворяется условие d>+Wо(см. рис. 2, б) [4]. Согласно [5], в области сильногооптического поглощения (Eomax>hν>Eomin) зависимость Ifo от hν коротковолновой части спектра выражается формулой:
(1)
гдеA4=const(hν),Фо(hν) – плотность потока фотонов на освещаемой поверхности.. Использование формулы (1) дает возможность непосредственно из спектральной характеристике определить диффузионно-дрейфовую длину неосновных носителей заряда по спаду фототока в коротковолновой части спектра ( см. рис. 2, кривая b). Для этого случая формула (1) преобразуется к виду:
(2)
Сопоставление спектров фототока варизонных структур Au-n-Ga1-xAlxP/GaP в этой области энергии фотонов (рис. 2, кривая b, xs=0,62,hν>hνm) с формулой Волкова-Царенкова [5] при известных значениях позволило определить значение для различных структур. Эти величины составляли =3-6 мкм. Как известно, для качественных Ga1-xAlxP/GaP структурих величина составляло =2,5 мкм [6].
Разработанная технология обеспечивает получение высококачественных активных варизонных слоев Ga1-xAlxP/GaP (0,15≤x≤0,70) и повышение квантовой эффективности приборов на их основе, в том числе фотоприемников различного назначения.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А., Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра//ФТП, -2003. –Том 37, № 9, -С. 1025-1055.
Мелебаев Д., Аннаев О.Ч. Селективная фоточувствительность в варизонных поверхностно-барьерных структурах Au-n-Ga1-xAlxP/GaP//Тр.XIII МНПК “Современные информационные и электронные технологии”. -Украина, г. Одесса, -2012. –С. 292.
Абдукадыров М.А., Джуманиязов И.О., Муминов Р.А.Коррекция эффективной толщины базового слояAlxGa1-xP/GaP гетерофотопреобразователей в зависимости от состава твердого раствора//Гелиотехника. -2011, №4, -С. 35-37.
Беркелиев А., Гольдберг Ю.А., Именков А.Н. и др. Фотоэлектрический эффект в варизонных поверхностно-барьерных структур// ФТП. -1978. –Том.12, №1, -С. 96-101.
Бывалый В.А., Волков А.С., Гольдберг Ю.А. и др. Фотоэлектрический эффект в варизонных поверхностно-барьерных структур (теоретическое расмотрение)//ФТП. -1978. –том.13, №6, -с. 1110-1115.
Бессолов В.Н., Именков А.Н., Конников С.Г. и др. Квантовая эффективность пластически и упрого деформированных варизонных Ga1-xAlxPp-n-структур//ФТП. -1983 . –Том.17, №12, -С. 2173-2176.
A NEW TYPE OF Ga1-xAlxP/GaP HETERO GRADED
BAND GAP STRUCTURES
D. Melebayev
Abstract – Technological regimes for obtaining high-quality active graded gap Ga1-xAlxP/GaP (0.15≤x≤0.70) layers by using liquid-phase epitaxy were developed. The introduced technology provides enhancement of the quantum efficiency of optoelectronic devices.
Keywords: active layer, m–s graded band gapstructure, m – s junction, Ga1-xAlxP, photodetector.
