Misfit dislocation–related deep levels in InGaAs/GaAs and GaAsSb/GaAs p–i–n heterostructures and the effect of these on the relaxation time of nonequilibrium carriers

Abstract

A study of deep levels in InGaAs/GaAs and GaAsSb/GaAs p0–i–n0 heterostructures with misfit dislocations and identification of the effective defects responsible for the significant (by up to a factor of 100) decrease in the relaxation time of nonequilibrium carriers in the base layers (and in the related reverse recovery time) of InGaAs/GaAs and GaAsSb/GaAs high-voltage power p-i-n diodes is reported. Experimental capacitance–voltage characteristics and deep-level transient spectroscopy spectra of p+–p0–i–n0–n+ homostructures based on undoped GaAs layers without misfit dislocations and InGaAs/GaAs and GaAsSb/GaAs heterostructures with a homogeneous network of misfit dislocations, all grown by liquid-phase epitaxy, are analyzed. Acceptor defects with deep levels HL2 and HL5 are identified in GaAs epitaxial p0 and n0 layers. Dislocation-related electron and hole deep traps designated as ED1 and HD3 are detected in InGaAs/GaAs and GaAsSb/GaAs heterostructures. The effective recombination centers in the heterostructure layers, to which we attribute the substantial decrease in the relaxation time of nonequilibrium carriers in the base layers of p-i-n diodes, are dislocation-related hole traps that are similar to HD3 and have the following parameters: thermal activation energy Et = 845 meV, carrier capture cross-section σp = 1.33 × 10−12 cm2, concentration Nt = 3.80 × 1014 cm−3 for InGaAs/GaAs and Et = 848 meV, σp = 2.73 × 10−12 cm2, and Nt = 2.40 × 1014 cm−3 for the GaAsSb/GaAs heterostructure. The relaxation time of the concentration of nonequilibrium carriers in the presence of dislocation-related deep acceptor traps similar to HD3 was estimated to be 1.1 × 10−10 and 8.5 × 10−11 s for, respectively, the InGaAs/GaAs and GaAsSb/GaAs heterostructures and 8.9 × 10−7 s for the GaAs homostructure. These data correspond to the relaxation times of nonequilibrium carriers in the base layers of GaAs, InGaAs/GaAs, and GaAsSb/GaAs high-voltage power p-i-n diodes.

Влияние нейтронного облучения на спектр дефектов с глубокими уровнями в GaAs, изготовленном методом жидкофазной эпитаксии в атмосфере водорода и аргона

“…Для диодов p + −p 0 −i−n 0 -GaAs, изготовленных методом ЖФЭ в атмосфере водорода (рис. активации и сечение захвата одной из ловушек с ГУ, а именно H5, определенные с помощью зависимости Аррениуса, были равны соответственно: E t = 286 мэВ, в p 0 -слое [16,17]. С этими акцепторными ГУ как раз и связаны пики H1 и H3 (см.…”

Емкостная спектроскопия гетероэпитакиальных AlGaAs/GaAs p-i-n-структур

“…Тем не менее существуют общие закономерности получения плавных высоковольтных GaAs, In x Ga 1−x As, GaAs 1−x Sb и Al x Ga 1−x As p 0 −i−n 0переходов без какого бы то ни было непосредственного легирования, а только лишь за счет изменения условий проведения технологического процесса. При этом можно менять концентрацию свободных носителей заряда и тип проводимости эпитаксиального слоя, и получать слои с p−n-переходом из одного раствора-расплава [4][5][6][7][8][11][12][13]. При таком способе выращивания p 0 −i−n 0 -структур возможно получение слабо легированных компенсированных i-областей с концентрациями свободных носителей ∼ 10 13 −10 14 см −3 , что позволяет достичь блокирующих структурами напряжений до 1000 В и выше [4][5][6][7].…”

“…Как отмечено в работах [8][9][10][11][12][13], дефекты с ГУ, образующиеся в процессе эпитаксиального роста p−i−n-структур, оказывают существенное влияние на временные характеристики арсенид-галлиевых диодов (время жизни неравновесных носителей заряда и время нарастания напряжения), а также на блокируемое диодными структурами напряжение. В наших предыдущих работах [4][5][6] была продемонстрирована возможность повышения быстродействия высоковольтных мощных p−i−nдиодов на основе InGaAs/GaAs-и GaAsSb/GaAs-гетероструктур с однородными сетками дислокаций несоответствия.…”

“…В наших предыдущих работах [4][5][6] была продемонстрирована возможность повышения быстродействия высоковольтных мощных p−i−nдиодов на основе InGaAs/GaAs-и GaAsSb/GaAs-гетероструктур с однородными сетками дислокаций несоответствия. Было показано, что образуемые в процессе жидкофазного эпитаксиального роста глубокие дислокационные ловушки акцепторного типа, подобные HD3 [12][13][14], ответственны за уменьшение (до 100 раз) времени релаксации неравновесных носителей в базовых слоях InGaAs/GaAs-и GaAsSb/GaAs-гетероструктур. Эти структуры могут быть использованы для изготовления силовых полупроводниковых приборов для импульсного питания и высокочастотных применений.…”

“…Для эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs p 0 −i−n 0структур, выращенных методом ЖФЭ, характерно наличие дефектов HL5 и HL2 [15], являющихся дырочными ловушками и обычно наблюдаемых в спектрах нестационарной спектроскопии глубоких уровней (DLTS) [8- 13,16]. Как было показано в работах [17][18][19], в Al x Ga 1−x As-эпитаксиальных слоях n-типа наличие донорных примесей (Si, Se, Te) приводит к формированию конфигурационно-бистабильных DX-центров, имеющих два типа состояний донора.…”