Нахождение распределения электронов в сверхрешетках AlGaAs/GaAs с узкими барьерами методом вольт-фарадного профилирования

Предмет исследования. Исследовано распределение концентрации электронов в однородно легированных кремнием сверхрешетках AlGaAs/GaAs с толщинами слоев 1,5/10 нм и различным количеством квантовых ям.

Метод. Структуры с одинаковыми параметрами слоев и уровнем легирования, содержащие 3, 5 и 25 периодов, выращены на установке молекулярно-пучковой эпитаксии. Профили концентрации носителей в структурах определены методом вольт-фарадного профилирования экспериментально и с помощью численного моделирования.

Основные результаты. В результате анализа экспериментальных вольт-фарадных характеристик получено, что концентрация носителей заряда растет с увеличением числа квантовых ям от 7,1∙10¹⁶ см^–3 (для трех ям) до 9,2∙10¹⁶ см^–3 (для 25-ти ям) при уровне легирования 10¹⁷ см^–3. На профилях концентрации у части образцов наблюдаются плоские участки насыщения в областях, соответствующих сверхрешетке. Концентрации, полученные из компьютерного моделирования, соответствуют экспериментальным данным с точностью в пределах 10 %. Практическая значимость. Вольт-фарадное профилирование позволило определить профиль концентрации носителей по глубине в сверхрешетках с узкими барьерами. Несмотря на то, что метод дает представление о распределении «кажущейся» концентрации носителей, его можно использовать для оценки характера распределения легирующей примеси в гетероструктурах с сильно связанными квантовыми ямами.

1. Del Alamo J.A. Nanometre-scale electronics with III–V compound semiconductors // Nature. 2011. V. 479. N 7373. P. 317–323. https://doi.org/10.1038/nature10677

2. Fox M., Ispasoiu R. Quantum wells, superlattices, and band-gap engineering // Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials. Cham: Springer International Publishing, 2017. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48933-9_40

3. Goray L., Pirogov E., Sobolev M., Ilkiv I., Dashkov A., Nikitina E., Ubyivovk E., Gerchikov L., Ipatov A., Vainer Y., Svechnikov M., Yunin P., Chkhalo N., Bouravlev A. Matched characterization of super-multiperiod superlattices // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. N 45. P. 455103. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aba4d6

4. Мохов Д.В., Березовская Т.Н., Кузьменков А.Г., Малеев Н.А., Тимошнев С.Н., Устинов В.М. Прецизионная калибровка уровня легирования кремнием эпитаксиальных слоев арсенида галлия // Письма в журнал технической физики. 2017. Т. 43. № 19. С. 87–94. https://doi.org/10.21883/PJTF.2017.19.45086.16931

5. Schroder D.K. Semiconductor Material and Device Characterization. 3rd ed. Piscataway, Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press, 2015. 800 с.

6. Tschirner B.M., Morier-Genoud F., Martin D., Reinhart F.K. Capacitance-voltage profiling of quantum well structures // Journal of Applied Physics. 1996. V. 79. N 9. P. 7005–7013. https://doi.org/10.1063/1.361466

7. Bobylev B.A., Kovalevskaja T.E., Marchishin I.V., Ovsyuk V.N. Capacitance-voltage profiling of multiquantum well structures // Solid-State Electronics. 1997. V. 41. N 3. P. 481–486. https://doi.org/10.1016/S0038-1101(96)00186-4

8. Chiquito A.J., Pusep Yu.A., Mergulhão S., Galzerani J.C. Carrier confinement in an ultrathin barrier GaAs/AlAs superlattice probed by capacitance-voltage measurements // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2002. V. 13. N 1. P. 36–42. https://doi.org/10.1016/S1386-9477(01)00222-3

9. Герчиков Л.Г., Дашков А.С., Горай Л.И., Буравлёв А.Д. Разработка дизайна сверхмногопериодных излучающих структур терагерцевого диапазона, выращиваемых методом молекулярно-пучковой эпитаксии // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2021. Т. 160. № 2. С. 197–205. https://doi.org/10.31857/S0044451021080058

10. Varache R., Leendertz C., Gueunier-Farret M.E., Haschke J., Muñoz D., Korte L. Investigation of selective junctions using a newly developed tunnel current model for solar cell applications // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. V. 141. P. 14–23. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.05.014