К вопросу о корректном определении концентрации электронов в n-GaSb по данным электрофизических измерений

Проведены расчеты концентраций электронов проводимости в n-GaSb при температуре 295 и 77 К с учетом непараболичности зоны проводимости. Показано, что при температуре Т = 295 К концентрация «тяжелых» электронов в L-долине зоны проводимости превосходит концентрацию «легких» электронов в Г-долине. Наоборот, при Т = 77 К электроны проводимости сосредоточены, в основном, в Г-долине. Представлены результаты холловских измерений на легированных теллуром образцах n-GaSb, полученных методом Чохральского. Показано, что при анализе этих данных, полученных при Т = 295 К, необходимо учитывать наличие двух типов электронов (легких и тяжелых), причем концентрации их определить невозможно. Кажущееся увеличение концентрации электронов при переходе от 295 к 77 К на самом деле отсутствут. Концентрации электронов проводимости при Т = 77 К из холловских данных определяется корректно.

1. Белогорохов А.И., Белов А.Г., Петрович П.Л., Рашевская Е.П. Определение концентрации свободных носителей заряда в Pb1-xSnxTe c учетом затухания плазменных колебаний. Оптика и спектроскопия. 1987; 63(6): 1293–1296.

2. Белогорохов А.И., Белогорохова Л.И., Белов А.Г., Рашевская Е.П. Плазменный резонанс свободных носителей заряда и оценка некоторых параметров зонной структуры материала CdxHg1-xTe. Физика и техника полупроводников. 1991; 25(7): 1196–1203. https://journals.ioffe.ru/articles/23491

3. Югова Т.Г., Белов А.Г., Каневский В.Е., Кладова Е.И., Князев С.Н., Парфентьева И.Б. Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах n-InAs. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2021; 24(3): 153–161. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-3-153-161

4. Yugova T.G., Belov A.G., Kanevskii V.E., Kladova E.I., Knyasev S.N., Parfent'eva I.B. Comparison between results of optical and electrical measurements of free electron concentration in n-InAs specimens. Modern Electronic Materials. 2021; 7(3): 79–84. https://doi.org/10.3897/j.moem.7.3.76700

5. Zwerdling S., Lax B., Button K.J., Roth L.M. Oscillatory magneto-absorption in gallium antimonide JA-1149. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1959; 9(3-4): 320–324.

6. Sagar A. Experimental investigation of conduction band of GaSb. Physical Review Journals Archive. 1960; 117(1): 93–100. https: //doi.org/10.1103/PhysRev.117.93

7. Strauss A.J. Electrical properties of n-type GaSb. Physical Review Journals Archive. 1961; 121(4): 1087–1090. https://doi.org/10.1103/PhysRev.121.1087

8. Sun R.-Y., Becker W.M. Band inversion and transport properties of L minima in n-GaSb(Te). Physical Review B. 1974; 10: 3436–3450. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.10.3436

9. Kourkoutas C.D., Bekris P.D., Papaioannou G.J., Euthymiou P.C. Transport parameters of n-type GaSb. Solid State Communications. 1984; 49(11): 1071–1075. https://doi.org/10.1016/0038-1098(84)90426-5

10. Johnson G.R., Cavenett B.C., Kerr T.M., Kirby P.B., Wood C.E.C. Optical, Hall and cyclotron resonance measurements of GaSb grown by molecular beam epitaxy. Semiconductor Science and Technology. 1988; 3(12): 1157–1165. https://doi.org/10.1088/0268-1242/3/12/002

11. Lee M.E., Poole I., Truscott W.S., Cleverly I.R., Rohlfing D.M. A detailed Hall-effect analysis of sulfur-doped gallium antimonide grown by molecular-beam epitaxy. Journal of Applied Physics. 1990; 68(1): 131–137. https://doi.org/10.1063/1.347098

12. Chin V.W.L. Electron mobility in GaSb. Solid-State Electronics. 1995; 38(1): 59–67. https://doi.org/10.1016/0038-1101(94)E0063-K

13. Dmitriev A.P., Mikhailova M.P., Yassievich I.N. Impact ionization in AIIIBV semiconductors in high electric fields. Physica Status Solidi (b). 1987; 140: 9–37. https://doi.org/10.1002/PSSB.2221400102

14. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. М.: МИСиС; 2003. 480 с.

15. Maslar J.E., Hurst W.S., Wang C.A. Spectroscopic determination of electron concentration in n-type GaAs. Journal of Applied Physics. 2008; 104(10): 103521–103527. https://doi.org/10.1063/1.3021159

16. Mitchel W.C., Elhamri S., Haugan H.J., Berney R., Sin Mou, Brown G.J. Electrical properties of n-type GaSb substrates and p-type GaSb buffer layers for InAs/InGaSb superlattice infrared detectors. AIP Advances. 2015; 5(9): 097219. https://doi.org/10.1063/1.4932208

17. Curran A., Gity F., Gocalinska A., Mura E., Nagle R.E., Schmidt M., Sheehan B., Pelucchi E., O'Dwyer C., Hurley P.K. High hole mobility polycrystalline GaSb thin films. Crystals. 2021; 11(11): 1348–1357. https://doi.org/10.3390/cryst11111348

18. Dutta P.S., Bhat H.L., Kumar V. The physics and technology of gallium antimonide: An emerging optoelectronic material. Journal of Applied Physics. 1997; 81(9): 5821–5870. https://doi.org/10.1063/1.36535610.1063/1.365356

19. Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys. Journal of Applied Physics. 2001; 89(11): 5815–5875. https://doi.org/10.1063/1.1368156

20. Куницын А.Е., Мильвидская А.Г., Мильвидский М.Г, Чалдышев В.В. Свойства легированных теллуром монокристаллов антимонида галлия, выращенных из нестехиометрического расплава. Физика и техника полупроводников. 1997; 31(8): 947–949.

21. Хвостиков В.П., Сорокина С.В., Потапович Н.С., Хвостикова О.А., Власов А.С, Ракова Е.П., Андреев В.М. Физика и техника полупроводников. 2008; 42(10): 1198–1205.

22. New semiconductor materials. Biology systems. Characteristics and properties. Band structure and carrier concentration of gallium antimonide (GaSb). https://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaSb/bandstr.html (дата обращения: 20.03.2022).

23. Kane E.O. Band structure of indium antimonide. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 1957;1(4):249–261. https://doi.org/10.1016/0022-3697 (57)90013-6

24. Равич Ю.И., Ефимова Б.А., Смирнов И.А. Методы исследования полупроводников в применении к халькогенидам свинца PbTe, PbSe, PbS; под ред. Л.С. Стильбанса. М.: Наука; 1968. 384 с.

25. Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов III-V групп; пер. с англ. М.: Мир; 1967. 480 с.

26. Глазов В.М., Глаголева Н.Н., Грязева Н.Л. Концентрационная зависимость числа носителей заряда при простом и сложном легировании антимонида галлия и ее взаимосвязь с пределом растворимости. Физика и техника полупроводников. 1976; 10(5): 882–888.

27. Harland H.B., Woolley J.C. Conduction band of GaSb. Canadian Journal of Physics. 1966; 44(11): 2715–2728. https://doi.org/10.1139/p66-221

28. Becker W.M., Ramdas A.K., Fan H.Y. Energy band structure of gallium antimonide. Journal of Applied Physics. 1961; 32(10): 2094–2102. https://doi.org/10.1063/1.1777023

29. Wolf H.F. Semiconductors. NY, USA: Wiley-Interscience; 1971. 552 p.

30. Sharma A.C., Ravindra N.M., Auluck S., Srivastava V.K. Temperature-dependent effective masses in III-V compound semiconductors. Physica Status Solidi (b). 1983; 120(2): 715–721. https://doi.org/10.1002/pssb.2221200231