The role of boron related defects in limiting charge carrier lifetime in 4H–SiC epitaxial layers

材料科学 载流子寿命 深能级瞬态光谱 外延 光致发光 接受者 载流子 光电子学 碳化硅 带隙 兴奋剂 凝聚态物理 纳米技术 图层(电子) 物理 冶金
作者
Misagh Ghezellou,Piyush Kumar,Marianne Etzelmüller Bathen,Robert Karsthof,Einar Ö. Sveinbjörnsson,Ulrike Großner,J. P. Bergman,Lasse Vines,Jawad Ul‐Hassan
出处
期刊:APL Materials [American Institute of Physics]
卷期号:11 (3) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0142415
摘要

One of the main challenges in realizing 4H–SiC (silicon carbide)-based bipolar devices is the improvement of minority carrier lifetime in as-grown epitaxial layers. Although Z1/2 has been identified as the dominant carrier lifetime limiting defect, we report on B-related centers being another dominant source of recombination and acting as lifetime limiting defects in 4H–SiC epitaxial layers. Combining time-resolved photoluminescence (TRPL) measurement in near band edge emission and 530 nm, deep level transient spectroscopy, and minority carrier transient spectroscopy (MCTS), it was found that B related deep levels in the lower half of the bandgap are responsible for killing the minority carriers in n-type, 4H–SiC epitaxial layers when the concentration of Z1/2 is already low. The impact of these centers on the charge carrier dynamics is investigated by correlating the MCTS results with temperature-dependent TRPL decay measurements. It is shown that the influence of shallow B acceptors on the minority carrier lifetime becomes neutralized at temperatures above ∼422 K. Instead, the deep B related acceptor level, known as the D-center, remains active until temperatures above ∼570 K. Moreover, a correlation between the deep level concentrations, minority carrier lifetimes, and growth parameters indicates that intentional nitrogen doping hinders the formation of deep B acceptor levels. Furthermore, tuning growth parameters, including growth temperature and C/Si ratio, is shown to be crucial for improving the minority carrier lifetime in as-grown 4H–SiC epitaxial layers.
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