WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Наведенный фотоплеохроизм в полупроводниках 13. Совместное проявление естественного и наведенного фотоплеохроизма В связи с тем что в изотропных полупроводниках физические причины для проявления ЕФ отсутствуют [9, 10], во всех рассмотренных выше вариантах регистрации ЛПИ поляризационная ФЧ определялась в первую очередь процессами прохождения излучением границы двух сред. Очевидно, что для фотодетекторов на анизотропных полупроводниках, как только начинает реализовываться наклонное падение ЛПИ, фотоплеохроизм становится результатом наложения на естественный фотоплеохроизм наведенного наклонным падением. Проблема суммирования вклада этих различных по своей природе фотоэлектрических явлений в анизотропной среде рассматривалась в работах [9, 124–126] и главные Рис. 20. Экспериментальные зависимости PI(0) (, эВ:

итоги этого анализа сводятся к следующему.

1, 2 — 1.60, 3, 4 — 1.91, 5, 6 — 2.00; 1, 3, 5 — c XZ, Пусть на освещаемую плоскость структуры ZY вдоль 2, 4, 6 — c YZ, сплошные кривые — расчет (17), штрихоOX падает световая волна с плоскостью поляризации E, вые — расчет (18)) и PI( ) (0, град: 7 — 0, 8, 9 — 70;

параллельной или перпендикулярной плоскости падения 8 — c XZ, 9 — c YZ, стрелками A, B, C указаны энергии XZ (рис. 4). При наклонном падении ЛПИ на плоскость межзонных переходов для CdGeP2 [127]).

ZY амплитуда преломленной волны определяется формулами Френеля [2]. В предположении, что изменением состояния поляризации падающего излучения в резульугловые зависимости P и P удовлетворительно кортате его преломления можно пренебречь, коэффициент релируют с расчетными кривыми, полученными согласфотоплеохроизма для одноосной анизотропной среды но (17) и (18).

при ориентации тетрагональной оси c XZ будет иметь Следующей важной закономерностью наложения на вид естественный фотоплеохроизм наведенного является то, что при совмещении ПП с тетрагональной осью c P = i-iO cos2(0-) i+iO cos2(0-), (17) CdGeP2 рост 0 вызывает плавное увеличение фотоплеохроизма относительно положительного ЕФ. Так, а в ориентации c YZ например, характерное для структур при = 1.91 эВ значение PN = 21 % удается плавно довести до 63 % P = i cos2(0-)-iO i cos2(0-)+iO, (18) (0 = 80), т. е. увеличить в 3 раза. Характерно, где i = iE cos2 + iO sin2, = arcsin(sin 0/n), iO что предельное значение P при 0 90 не зависит от естественной анизотропии CdGeP2 и всецело и iE — фототоки, наблюдаемые при освещении полупроопределяется только значением показателя преломления водника обыкновенной (E c) и необыкновенной (E c) полупроводника.

световой волной. Из (17) и (18) вытекает известное Увеличение 0 в ориентации c YZ, напротив, вызысоотношение для ЕФ при освещении анизотропной среды вает понижение P относительно PN с инверсией знака вдоль нормали к приемной плоскости (0 = 0) пучком P на отрицательный. Из рис. 20 можно также видеть, ЛПИ [9, 10]:

что по мере увеличения PN значение 0, при котором фоточувствительность структуры теряет естественную PN =(iO -iE)/(iO +iE), (19) анизотропию и становится фотоизотропной (P = 0), которое для изотропной среды (iO iE) приводит к смещается в направлении больших углов падения ЛПИ.

PN 0.

Это происходит потому, что НФ в такой геометрии Типичные экспериментальные угловые зависимости освещения имеет противоположный PN знак, а в точке фотоплеохроизма, полученные при освещении структур инверсии P естественная и наведенная компоненты n-p-CdGeP2 ЛПИ при нескольких энергиях фотонов из фотоплеохроизма сравниваются по амплитуде (PN = PI).

области фоточувствительности, сопоставлены с рассчи- Обнаруженное в ходе этих измерений различное влиятанными согласно (17) и (18) на рис. 20 (кривые 1–6). ние на фотоплеохроизм взаимной ориентации плоскости Значения фотоплеохроизма при 0 = 0 определяют- падения ЛПИ относительно тетрагональной оси в анизося только ЕФ, который зависит от фундаментальных тропном кристалле связано с тем, что при c XZ сильнее свойств данного полупроводника. Важно отметить, что отражается слабо поглощаемая в CdGeP2 световая волна при 0 > 0 экспериментальные значения фотоплеохро- E c, тогда как при ориентации c YZ доминирует уже изма начинают отличаться от PN, а экспериментальные отражение сильно поглощаемой в CdGeP2 волны E c.

2 Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 532 Ф.П. Кесаманлы, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь Спектральный контур фотоплеохроизма структур на за пределы исследовательских лабораторий. Поэтому анизотропных полупроводниках при 0 = 0 всецело привлечение для нужд поляризационной фотоэлектроопределяется ЕФ [9, 50]. Максимум положительного ники изотропных полупроводников с хорошо развитой фотоплеохроизма этих структур достигается в области на промышленном уровне технологической базой было прямых A-переходов, а с включением доминирующих в весьма заманчивым. Реализация этих надежд впервые поляризации E c B- и C-переходов электронов из от- анализируется в полном виде в настоящем обзоре. НФ щепленных кристаллическим полем и спин-орбитальным представляет собой универсальное фотоэлектрическое взаимодействием подзон валентной зоны в зону про- явление, которое наблюдается практически в любом водимости положительный фотоплеохроизм PN спадает полупроводнике. Поэтому в фотопреобразователях на практически до нуля в области > 2.1эВ [9, 127] основе главных материалов полупроводниковой электроники — кремния и соединений AIIIBV уже получены ре(рис. 20, кривая 7). В условиях наклонного падения кордные для полупроводниковых фотоанализаторов веЛПИ (рис. 20, кривые 8 и 9) фотоплеохроизм во всей личины азимутальной фоточувствительности, например области фоточувствительности при c XZ растет и при 0.22 А/Вт · град в структурах Ni/n-GaAs.

0 = 70 в коротковолновой области достигает 30–40 %.

Сохранение формы спектров P в условиях наклонно- Произошедшее после открытия НФ оснащение пого освещения структур связано с тем, что спектраль- ляризационной фотоэлектроники известными полупроный контур фотоплеохроизма определяется энергетиче- водниками позволяет считать, что проблемы дефицита ским спектром и правилами отбора межзонных оптиче- материалов в этой области позади. Поэтому перспективы перевода полупроводниковой оптоэлектроники на поляских переходов в анизотропном полупроводнике, тогда ризационный уровень теперь стали вполне реальными.

как наблюдаемые изменения величины фотоплеохроизма К числу важнейших практических следствий выполвплоть до инверсии знака определяются процессами ненного цикла исследований НФ необходимо также отпрохождения ЛПИ через границу воздух/полупроводник.

Поскольку эти процессы не изменяют спектральный кон- нести и разработки физических принципов обеспечения плавной перестройки величины и спектрального диатур PN, есть основания считать, что они неселективные.

пазона проявления НФ. Вслед за открытием эффекта Такой вывод согласуется с анализом [34].

ГНФ в структурах на основе ИП последовала реализация Рассмотренные для структур n-p-CdGeP2 закономернеизвестной ранее возможности превзойти ограниченности формирования фотоплеохроизма подтвердились и ное показателем преломления полупроводника и счипри исследованиях фотопроводимости одноосных критавшееся ранее предельным и непоколебимым значение сталлов CdSe c иным, чем в халькопирите, типом поPI < 100 %, обеспечив селективный режим фотоанализазиционного упорядочения атомов [125].

тора с гигантским наведенным фотоплеохроизмом.

Следовательно, совмещение ЕФ с НФ открывает ноВ результате развития метода поляризационной фовые возможности экспрессного управления величиной тоэлектрической спектроскопии были также вскрыты и спектральным контуром поляризационной фоточувновые возможности для диагностики оптического каствительности фотопреобразователей на анизотропных чества фотопреобразовательных структур и тем самым полупроводниках.

оптимизации технологии их получения.

Наконец, следует указать и на то, что поляризационная 14. Практические следствия диагностика эффекта просветления ведется в области выобнаружения наведенного сокой ФЧ, что позволяет устанавливать факт равенства фотоплеохроизма iP и iS с очень высокой надежностью. Если принять в учет, что общепринятый метод выявления области проГлавным практическим следствием нового фотоэлек- светления по измерениям оптического отражения ведеттрического явления — наведенного фотоплеохроизма ся в области низких значений коэффициента отражения и последовавшего вслед за этим подробного экспери- (R 0), то преимущества поляризационного фотоэлекментального изучения закономерностей этого явления трического метода (ПФМ) представляются более чем на разнообразных типах фотопреобразователей, которые очевидными. В случае готовых структур, когда фронтальсоздавались в лабораторных условиях под конкретную ная плоскость фотопреобразователя снабжается контактзадачу, безусловно следует считать поляризационное ной сеткой, метод отражения становится неприемлемым очувствление изотропных полупроводников и структур и диагностика, как правило, проводится до нанесения на их основе. В результате этого качественного прорыва контактов, в то время как ПФМ [9, 50] применим и при была снята возникшая после открытия ЕФ [9] проблема наличии контактной сетки. Следует также учесть, что дефицита анизотропных полупроводников с удовлетво- измерения отражения в условиях R 0 требуют для ряющим требованиям полупроводниковой электроники своей реализации достаточно больших площадей, тогда уровнем технологической оснащенности. Иными слова- как ПФМ пригоден и для площадей порядка 0.10.1 мм.

ми, широкое практическое применение анизотропных по- По этой же причине ПФМ позволяет обеспечить диагнолупроводников в качестве материалов поляризационной стику при размерах светового зонда диаметром около фотоэлектроники оставались заторможенными в связи 0.2 мм и тем самым получить сведения о локальной одс тем, что их технологическая база еще не вышла нородности просветленных областей, что недостижимо Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. Наведенный фотоплеохроизм в полупроводниках с ростом 0 обнаруживает максимум, как в случае Si-фотодиода (рис. 21, кривая 1). Фототок iP достигает максимума вблизи угла Брюстера, когда R 0 [2].

Плавный переход от p- к s-поляризации вызывает ослабление и исчезновение эффекта увеличения фототока с ростом 0. Поэтому обнаруженный эффект увеличения iP с ростом угла падения на зеркальную фронтальную поверхность Si-фотодиода объясняется устранением потерь на отражение. Рост фототока iP при угле Брюстера достигается во всей области фоточувствительности (рис. 21, кривые 2 и 3), а кпд возрастает при 0 = на 47 % по отношению к 0 = 0. Такое увеличение отвечает полному устранению потерь на отражение во всей области фоточувствительности. Это явление, как видно из представленного выше анализа, наблюдается во всех фотопреобразователях с совершенной фронтальной плоскостью, тогда как с ухудшением ее качества возрастание кпд исчезло.

Следовательно, наклонное падение ЛПИ позволяет устранять потери на отражение во всей области фоточувствительности фотопреобразователя. Существенно, что это явление позволяет отказаться от поиска и сложной технологии создания, как правило, многослойных просветляющих покрытий и тем самым снизить стоимость и упростить процесс получения фотопреобразователей.

Следует подчеркнуть пригодность явления для всех полупроводников, что особенно ценно для новых материалов, для которых просветляющие покрытия вообще не разработаны.

15. Заключение Из представленного обзора следует, что за прошедшие со времени первого наблюдения наведенного фотоплеохроизма [18] годы обеспечен впечатляющий прогресс как в области физико-технологических исследований явления, так и в разнообразных направлениях его реализации, управления параметрами фоточувствительных структур Рис. 21. Зависимость iP(0) (1), спектры iP( ) (2) и iS( ) на изотропных полупроводниковых материалах и устано(3) и нагрузочные характеристики (4, 5) Si-фотодиода при вления областей актуальных практических применений.

T = 300 K (1, 4, 5 — = 0.63 мкм; P, мВт/см2: 1 —0.9, Достигнутый уровень поляризационных параметров на 4, 5 —0.2; 0, град: 3, 5 —0, 2, 4 —75).

барьерах Шотки и гетеропереходах из полупроводниковых соединений AIIIBV и их твердых растворов в фотодетекторах, обладающих узкоселективным эффектом на основании измерений отражения. Наконец, в случае ГНФ, позволяет уже сейчас использовать эти структуры рельефных поверхностей из-за диффузного рассеяния при разработках полупроводниковых оптоэлектронных обычная методика измерений R непригодна и нуждается систем, в которых наряду с интенсивностью излучения в усложнении. Для ПФМ структура поверхности не в качестве носителя информации применяется и ориенсоздает каких-либо ограничений в диагностике.

тация плоскости поляризации ЛПИ. Принципиальные Поляризационные исследования фоточувствительно- успехи достигнуты в использовании изотропных полусти привели также к формированию нового подхода проводников AIIIBV и их твердых растворов в фотодетекв решении проблемы повышения КПД фотодетекторов торах с узкоселективным эффектом ГНФ. Дальнейший ЛПИ, который дает основания отказаться от сложной прогресс в области фотодетекторов линейно полярии дорогостоящей технологии создания просветляющих зованного излучения с наведенным фотоплеохроизмом покрытий [128]. Суть этого подхода основывается на связан с развитием теоретических моделей явления, что том, что при совмещении плоскости поляризации ЛПИ позволит улучшить понимание физики явления и перейти с плоскостью падения фототок короткого замыкания к этапу компьютерного моделирования поляриметричепри хорошем оптическом качестве приемной плоскости ских структур нового поколения.

Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 534 Ф.П. Кесаманлы, В.Ю. Рудь, Ю.В. Рудь В целом исследования наведенного фотоплеохроизма [25] Л.В. Тарасов. Физические основы квантовой электроники (М., Сов. радио, 1976).

и его реализацию в различных фотопреобразователях [26] Ю.П. Сафонов, Ю.Г. Андрианов. Инфракрасная техника следует отнести, с нашей точки зрения, к одному из наии космос (М., Сов. радио, 1978) более продуктивных направлений современной физики и [27] Ж. Шоль, И. Морфан, М. Мюнш, П. Торель, П. Комбет.

технологии полупроводниковых структур.

Приемники инфракрасного излучения (М., Мир, 1969).

Ряд оригинальных работ, цитируемых в данном обзоре, [28] Б.Л. Шарма, Р.К. Пурохит. Полупроводниковые гетеробыл поддержан Российским фондом фундаментальных переходы (М., Сов. радио, 1978).

исследований, Министерством науки Российской Феде- [29] Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазорации и INTAS.

ны спектра, под ред. В.И. Стафеева (М., Радио и связь, Мы признательны акад. РАН Б.П. Захарчене и 1984).

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.