РОЗДІЛ 2. ЗРАЗКИ ТА МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. СТРУКТУРА ДОСЛІДЖУВАНИХ ЗРАЗКІВ
Дослідження проведено на p-n структурах та лазерних подвійних гетероструктурах (ПГС), оптимізованих для отримання максимального квантового виходу випромінювання [101 - 103].
Лазерні ПГС одержувалися епітаксіальним нарощуванням відповідних шарів на підкладку із GaAs n-типу (товщиною 100мкм), легованого телуром [104]. Активна область являла собою шар товщиною 0,3мкм із GaAs p-типу, легованого кремнієм. Сусідні шари (інжектори електронів і дірок) товщиною 1,8мкм складалися із потрійної сполуки AlxGa1-xAs з x?0,1. Шар р-типу був легований германієм, а шар n-типу - телуром. Структура таких лазерів зображена на рис. 2.1. На підкладку із GaAs n-типу нарощені слідуючи шари:
1. n+- Ga1-xAlxAs, легований Te - шар, який вводився в структуру для зменшення розходжень між періодами гратки та послідуючих шарів;
2. p - GaAs(Si) - активний шар, де відбувається випромінювальна рекомбінація;
3. p - Ga1-xAlxAs(Ge);
4. p+- GaAs(Ge);
5. SiO2 - оксидний шар;
6. Металеві контакти.
Шари, які граничать з активним, являють собою потрійні сполуки GaxAl1-xAs і мають ширину забороненої зони більшу, ніж в активному прошарку. При зовнішніх струмах більше порогового, в активному шарі виконується умова одночасного виродження електронів і дірок, тобто починається лазерна генерація.
Енергетичні бар'єри перешкоджають виходу неосновних носіїв у
сусідні шари з більшою шириною забороненої зони. Таким чином, в активному шарі відбувається просторове обмеження вільних носіїв заряду.
Для створення низькоомних контактів до р- і n-областей використовувався індій. Зразки припаювалися до позолоченого мідного тепловідводу (на схемі не показаний). Ізолюючий шар SiO2 має товщину 0,3 мкм.
Розміри досліджуваних лазерів були такими: довжина резонатора - 250 мкм, ширина - 160 мкм, висота гетероструктури - 110 мкм. Зразки ЛГС отримувалися сколюванням по площинах (110).
Такі прилади називають лазерами полоскової геометрії з ізолюючим шаром окислу. Переваги такого лазера полягають у більш низькому пороговому струмі в порівнянні зі звичайним лазером з одинарним гетеропереходом.
Для формування дифузійного p-n переходу використовувалася аномально швидка дифузія Si у GaАs. Цей шар р-типу має товщину менше 0,3 мкм.
Р-n структури на основі GaAs, показані на рис.2.2, отримувалися епітаксіальним нарощуванням GaAs(Si) на підкладку із GaAs(Те). Концентрація Те в підкладці складала 5.1017см-3, а вміст кремнію в епітаксіальному шарі досягав 5.1018см-3. Р-n перехід створювався (внаслідок амфотерності Si як домішки в GaAs) зміною технологічних умов вирощування. На використовуваний зразок GaAs n-типу легований телуром епітаксіально був нанесений, спочатку, тонкий n-шар, а потім за допомогою зниження температур був створений p-шар. До р-області був припаяний металевий стержень діаметром 1,85мм, а до n-області - індієвий контакт, до якого приєднаний дротовий вивід. Активна область являла собою шар товщиною 0,3мкм із GaAs p-типу, легованого кремнієм. Збіднений шар даної структури складає 0,4-0,7 мкм.
У структурі на основі GaAs р-n перехід був паралельний площині (100).
Морфологію поверхні напівпровідників досліджувались на монокристалічних пластинах напівпровідника n-GaAs, розміром ? 3?7 мм, які піддавались тривалому зберіганню. Концентрація електронів у таких структурах складала n0=(1,3?2,8)?1018см-3, а рухливість ?=2500?4000 cм2/В·с.
Для отримання р-n структур на основі GaP на підкладку із GaAs(Те) з концентрацією електронів 5.1017см-3 епітаксіально нарощувався спочатку перехідний шар змінного складу, а потім - шар n-GaP(N). Р-n переходи створювалися дифузією цинку. В р-шар деяких зразків вводилася додатково домішка кисню.
Структура діодів на основі GaP подана на рис. 2.3. Структури створювалися промисловим засобом: послідовним нарощуванням n- і р- шарів на n - підкладку GaAs(Те) в атмосфері водню. Шар n1 - GaP служив для зменшення неузгодженості періодів гратки підкладки і наступних шарів. Шар n2 - GaP(N) був інжектором електронів в активний шар p - GaP. Шари n-типу легувались азотом N, р-шар легувався цинком Zn і киснем О. Структура вирощувалась методом рідинної епітаксії по однопроцесній технології [105, 106]. Колір світіння структури визначається відношенням інтенсивностей у максимумах червоної і зеленої смуг. В структурах на основі GaP р-n перехід лежав у площині (111).
2.2. МЕТОДИКА ВИМІРЮВАННЯ СТАЦІОНАРНИХ
ХАРАКТЕРИСТИК P-N СТРУКТУР
У РІЗНОМАНІТНИХ ГАЗОВИХ СЕРЕДОВИЩАХ
Методика експерименту була спрямована на отримання відгуку до оточуючого газового середовища за рахунок вивчення основних фотоелектричних характеристик досліджуваних p-n структур на основі напівпровідників АIIIВV. Для вимірювань у різних атмосферах зразок поміщався в замкнуту термостатовану посудину, куди впускалися насичені
пари аміаку. Для створення різних значень парціального тиску аміаку використовувалися насичені пари NH3 над його водяними розчинами різних концентрацій. Виготовлена газова система давала можливість створювати та контролювати газове середовище з заданими параметрами тиску та температури та проводити його швидку зміну.
Блок-схема обладнання для вивчення вольт-амперних характеристик (ВАХ) p-n переходів показана на рис. 2.4. Зразки поміщувалися в кріостат K. Подавання напруги зразків здійснювалося від джерела стабілізованого живлення (ДЖ), типу ИПС-1. Величина напруги контролювалася універсальним цифровим вольтметром В1, типу В7-21. Максимальна похибка вимірювання напруги у вольтметра такого типу складає 0,3%. Величина струму в p-n переходах ви