TEMPERATURE-DEPENDENT NONEQUILIBRIUM CARRIER DYNAMICS IN EPITAXIAL AND BULK 4H-SiC
K. Neimontas^a, T. Malinauskas^a, R. Aleksiejūnas^a, R. Yakimova^b, and K. Jarašiūnas^a
aInstitute of Materials Science and Applied Research, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: karolis.neimontas@ff.vu.lt
^bDepartment of Physics and Measurement Technology, Linkoping University, SE-581 83 Linkoping, Sweden

Received 7 November 2005

We present the results of nonequilibrium carrier dynamics in highly excited 4H-SiC crystals – n-type epilayers and semiinsulating wafer. Picosecond four-wave mixing measurements have been carried out at various grating periods, excitation energies, temperatures, and have provided the bipolar diffusion coefficients and lifetimes of nonequilibrium carriers. We show that the phonon scattering contributes mainly to the carrier mobility in 100–300 K temperature range, providing μ ∼ T^−1.5 dependence. Lattice heating was observed, and it dominated in refractive index modulation at T < 100 K, thus precluding the studies of carrier dynamics at low temperatures.

TEMPERATŪRINIAI NEPUSIAUSVIRŲJŲ KRŪVININKŲ DINAMIKOS TYRIMAI 4H SILICIO KARBIDE
.K. Neimontas^a, T. Malinauskas^a, R. Aleksiejūnas^a, R. Yakimova^b, K. Jarašiūnas^a
aMedžiagotyros ir taikomųjų mokslų institutas, Vilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva
^bLinčiopingo universitetas, Linčiopingas, Švedija

Pirmą kartą temperatūriniams nepusiausvirųjų krūvininkų dinamikos matavimams pritaikyta keturbangio maišymo metodika. Išmatuotos bipolinio krūvininkų judrio (difuzijos koeficiento) ir gyvavimo trukmės priklausomybės nuo temperatūros silpnai legiruotuose n tipo 4H-SiC epitaksiniuose sluoksniuose (100–300 K) ir didžiavaržyje kristale (10–300 K). Iš išmatuotų priklausomybių ∼T^−3/2 išaiškėjo, kad pagrindis krūvininkų sklaidos mechanizmas epitaksiniuose sluoksniuose yra sklaida fononais visame matuotos temperatūros intervale (100–300 K) ir skirtingo fotosužadinimo sąlygomis (∼5·10¹⁷ − ∼10¹⁹ cm⁻³). Didžiavaržyje kristale pastebėta, kad krūvininkų sklaidą stipriai veikia jonizuotos priemaišos (∼ T^−1,2). Eksperimentiniais ir skaitmeninio modeliavimo rezultatais parodyta, kad, esant žemai temperatūrai (T < 100 K), kristalinės gardelės kaitinimas dėl nespindulinės laisvųjų krūvininkų rekombinacijos ir energijos perviršio, susidarančio žadinant kristalą šviesos kvantu hν > E_g, sukelia temperatūrinę lūžio rodiklio moduliaciją, kuri daro stiprią įtaką difrakcijos efektyvumo kinetikai. Apskaičiuotas šiluminis difuzijos koeficientas D_T = 1, 8 cm²/s.