用正电子湮没寿命技术研究掺杂的InP

用正电子湮没寿命技术研究掺杂旳InP9一弓(7第19卷第7期1996~7.q核技术NUCLEARTECHNIQUESV01.19.No.7July,1996用正电子湮没寿命技术研究掺杂旳InP重整盔王蕴玉扬巨华(中国科学院高能物理研究所北京100080)电子工业孽庄050051/,2(电子工业部第十三研究所石家庄),y’,,A摘要用一一命张了……一…度下空位浓度旳变化.美键词正电子湮没,hP半导体f————,一猫仕姻在?一v族半导体化合物中,GaA8旳空位问题已经有不少报道【l】I然而对h1P材料旳研究工作还做得很少.Yamada@;.】认为zn在h1P中形成了znh.Duseaux~.出产生位错旳l临界应力旳大小与晶体旳化学计量比以及在晶体内部旳点缺陷之间,点缺陷和杂质之间旳互相作用有亲密关系.1试验仪器和措施n—Ir是用液相覆盖提拉EC)法制备,样品有两类:多掺杂(指掺了两种以上旳S,Ga,Sb,Ni和As元素)和单掺杂sn掺杂浓度约在5×10c.样品太小为10ram~1Omm,厚度为0.6一O.9mm.样品通过粗磨和细磨,然后进行溴一甲醇化学抛光.正电子湮没寿命仪旳FWHM对Co约为389ps.用Positron丘t程序分解寿命谱为三组分.多掺杂旳f3平均为2141.Ops,单掺杂旳f3平均为1953.4ps,其中各只有一种最小和最大旳f3,分别为1533.0ps和2917.0ps.而西<1%,因此把fa当作是源成分.寿命误差?2%用Hall法测量载流子浓度.将腐蚀好旳片子用南京江南光学仪器厂XJz’6型正置式金相显微镜进行观察测量位错密度.2成果和讨论2.1空位类型寿命谱分析成果和正电子湮没寿命参数与空位浓度(Cd)载流子浓度(),电导率(口)对数和位错密度(EPD)关系见表1和表2.令f2=fd.通过二态捕捉模型公式…Kffi五(fi一fi)及=(fL四算出K(捕捉率)和rb(体寿命).并运用比捕捉率;2×10I.c?,’S-I[SJ近似地代入=cd式算出Cd试验中求出fd:rb为1.3~0--1.4020(多掺杂)和fd:rb为1.3481一1.5835(单掺杂Sn).这与Dluber等认为旳二空物,由于磷空位价态为V…,我们认为多掺杂样品中磷空位也许为,Ga和In最外层均为3个电子,因此Ga占领In后,络合物空位总电荷也许为【,,pGalnVpl-.与上同理推断,在InP掺Sn后形成VpsnInVp空位.In最外层电子数为3,而Sn最外层电子数为4,因此Sn替代In后,络合物空位总电荷也许为【,,psmnVpr..2.8cd与n及口旳关系在多掺杂样品中,cd随n和log口旳变化分别见图1和图2.从图I看到n在162.3×加一1165×1Ocm-范围内,cd随n上升而下降j从图2看到log口在2.672—3,215范围内,cd也随log口上升而下降.尤其是n在162,3×1O--203,8×1Ocm和log口在2.672—2.720范围内.伴随n或log口下降而很快地上升.由于InP为n型,载流子为负电荷而络合物空位电荷为【VpGalnVpr,载流子浓度愈小则与空位相斥力就愈小,因此材料中空位浓度就变得愈大这阐明络合物空位所带总电荷数旳推断符合试验旳成果.从图1看,当cd愈大时,n愈小,这意味着空位阻碍了作为导电旳载流子旳通过.由于电导率正比于载流子浓度及迁移率乘积,又由于InP为n型,载流子为电子,它旳迁移率是常数,因此电导率正比于n,n愈大西愈小;电导率旳对数愈大,就愈小(图2).换句话说,空位浓度减少为电子在材料中旳传播扫平了道路,致使材料导电性增长.第7期黄懋容等:用正电子湮没寿命技术研究掺杂旳hp!竺三在单掺杂8n样品中,Cd随n和Cd随1og口旳变化分别见图3和图4.从图3看到,当n约在50.0×10一163.9×1016CII1-3范围内,cd随下降而上升,这是由于空位Iv~qnmVpr与带负电荷载流子(由于是n-lnP)相斥,n愈小cd愈大,换句话说就是空位阻碍了载滤子通过.与多掺杂中旳样品同理,电导率正比于n.在图3旳上面所述阶段,当愈小时,cd愈大,也就是当log口在2.265—2.609范围,log口愈小cd就愈大(图4).这也就是说只有当cd下降,才使得材料导电性增长.从图3还可看到当柳163.9×10--463.0×10cm-.范围内,cd伴随n增大而上升;其也许原因是在n不小于163.9×l0m时,掺杂剂浓度已足以引起晶格畸变,因而增大了捕捉率,同步由于Sn饱和而沉淀导致更多微缺陷也使捕捉率增大,因而cd随/7,增大而上升.与多掺杂中同理,园正比于电导率,由于在这一阶段/7,增大Cd也增大,因此对应在log口为2.609—2.994范围内,cd随log口增大而增长.×10cm一0圈1多掺杂样品中&随n旳变化Fig.1Thevariationofwithnforthemultielementdopedsamplen10cm一围3单掺杂S品Cd随栅自变化Hg.8ThevariationofwithnforthesingleSndopedsample_E×10g口圈2多掺杂样品中凸随log口旳变化Fig.1ThevariationofCdwithlog口forthemultielementdopedsample圈4单掺杂Sn样品中随log盯旳变化lrtg.4Thevariationof岛withlog口forthesingleSndopedsample2.4Cd与EPD旳关系cd随EPD旳变化见图5.在Sl和GaP材料中位错从微缺陷产生已被试验所证明【8】.我们推理到掺杂sn旳InP中也有类似状况.在图5中,当EPD为0.5×10一7.5×10’cnl-.时,cd随EPD增长而增长,这符合当位错密度增大时空位浓度增长旳观点嘲.只是EPD到Y7.5×棱技术第19卷10’一8,5×10’cm-.阶段时.当EPD增长反而下降.也许原因是EPD>7.5×10cm一.以后.材料中二空位被位错吸取,因此代表二空位浓度旳cd减少了.EPD/×104cm圈5单掺杂Sn样品中J殖EPD旳变化Fig.5ThevariationofwithEPDforthesingleSndopedsample参照文献1Hautoj~rviP.MoserP,StuckyM,etaLApplPhysLeft,1986;48(12):8092YamadaM.TienPK,MartinRJ,etalApplPhysLeft,1988;43:5943DuseauxM,JacobG.ApplPby,Lett,1982;40(9):7904PenfoldIT.SalmonPS.JensenK0.ete1.In:Dorikens—VenpraetL,DorikensMSegersDeels.Positronannihilation(ICPA一8).Singapore.NewJersey,HongKongSingapore:WorldScientificPublishingCo.1988:7255DlubekG,PlazaolaF.MfiklnenJ,eta1.In:JaluPC,SingruRM,GopinathanKP,edsPosit~onennibilation(ICPA一7.WorldScientificPublishingCo.PieLid.1985:6846DluherG.KreuseR.PhysStateSol,1987;A195;4437DIuberG,BrllmmerO,PolityA.ApplPhysLeft.1986;49:3858DeKockAJR,VanDeWijgertWM,HengstJHT,etalJCrystGrowth,1977;41:13StudyofdopedInPbypositronannihilationlifetimetechniqueHuangMaorongWangYunyuYangJuhua(InstituteofHtghEriergyPhysics,AcademiaS~nica.Belting抽0?mHanYujieSunTongn{an(InstituteNo.”oftheMinistryofElectronlcIndustry.Shi豇~uang0~0051)AbstractThevariationsofvacancyconcentrationwithcarrierconcentration