Исследование ограничений метода рентгеновской дифрактометрии при анализе вхождения атомов теллура в эпитаксиальные слои GaAs
Рис. 1. Сопоставление холловской концентрации носителей (Hall) с атомной концентрацией теллура, определённой методом вторично-ионной масс-спектрометрии (SIMS) и методом рентгеновской дифрактометрии (XRD).
Экспериментально исследовано известное в литературе явление “супердилатации” решетки GaAs при введении примеси теллура. Явление состоит в том, что расширение решетки GaAs может более чем в 10 раз превышать то, которое было бы при замене атомов мышьяка на теллур, если проводить расчет, исходя из концентрации носителей тока, используя закон Вегарда и атомные ковалентные радиусы атомов. Это явление наблюдалось при концентрации атомов теллура nTe > 3 × 1018 ат./см3 . В настоящей работе методами рентгеновской дифрактометрии (XRD), вторично-ионной масс-спектрометрии (SIMS) и Холла – ван дер Пау исследована серия выращенных методом металлоорганической газофазной эпитаксии (MOCVD) сильно легированных теллуром эпитаксиальных слоев GaAs. Показано, что, несмотря на высокую концентрацию атомов теллура в слое (1020–1021 см–3) и вариацию ростовых условий, сохраняется линейная связь между оценками концентрации по данным XRD и результатам элементного анализа методом SIMS (Рис. 1). Решётка GaAs расширяется даже несколько слабее, чем при замене атомов мышьяка на все введенные в слой атомы теллура. В то же время холловская концентрация носителей резко уменьшается, начиная с атомной концентрации 2 × 1020 см–3. Полученные результаты позволяют интерпретировать явление не как супердилатацию, а как сильную компенсацию носителей донорного и акцепторного типа.
Экспериментально исследовано известное в литературе явление “супердилатации” решетки GaAs при введении примеси теллура. Явление состоит в том, что расширение решетки GaAs может более чем в 10 раз превышать то, которое было бы при замене атомов мышьяка на теллур, если проводить расчет, исходя из концентрации носителей тока, используя закон Вегарда и атомные ковалентные радиусы атомов. Это явление наблюдалось при концентрации атомов теллура nTe > 3 × 1018 ат./см3 . В настоящей работе методами рентгеновской дифрактометрии (XRD), вторично-ионной масс-спектрометрии (SIMS) и Холла – ван дер Пау исследована серия выращенных методом металлоорганической газофазной эпитаксии (MOCVD) сильно легированных теллуром эпитаксиальных слоев GaAs. Показано, что, несмотря на высокую концентрацию атомов теллура в слое (1020–1021 см–3) и вариацию ростовых условий, сохраняется линейная связь между оценками концентрации по данным XRD и результатам элементного анализа методом SIMS (Рис. 1). Решётка GaAs расширяется даже несколько слабее, чем при замене атомов мышьяка на все введенные в слой атомы теллура. В то же время холловская концентрация носителей резко уменьшается, начиная с атомной концентрации 2 × 1020 см–3. Полученные результаты позволяют интерпретировать явление не как супердилатацию, а как сильную компенсацию носителей донорного и акцепторного типа.