WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 5 Влияние одноосного сжатия на параметры фотопреобразования оптического контакта p-GaSe–n-InSe ¶ © С.И. Драпак, М.О. Воробец, З.Д. Ковалюк Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича, Черновицкое отделение Национальной академии наук Украины, 58001 Черновцы, Украина (Получена 3 августа 2004 г. Принята к печати 9 сентября 2004 г.) Исследовано влияние механического давления в направлении, перпендикулярном плоскости локализации границы раздела гетеропереходов n-InSe–p-GaSe, на изменение фотоэдс насыщения и тока короткого замыкания. Показано, что в оптических контактах InSe/GaSe, находящихся под воздействием давления P = 35-40 кПа, наблюдается увеличение напряжения холостого хода почти в 2 раза и тока короткого замыкания более чем в 5 раз по сравнению с исходными образцами, что позволяет прогнозировать возможность увеличения кпд фотопреобразования таких структур до 15-16%.

Фотодиоды на основе анизотипных гетероперехо- Исследования проводились на структурах, у которых дов (ГП) n-InSe–p-GaSe, изготовленных методом по- значение последовательного сопротивления R колебасадки на оптический контакт [1], являются аналогами лось в пределах 104-105 Ом в зависимости от конкремниевых структур для работы в условиях повы- центрации носителей заряда в контактирующих полушенной радиации [2]. Кпд фотопреобразования таких проводниках (pGaSe = 1014-1015 см-3, nInSe 1015 см-3 ГП составляет 0.7-3.2% в зависимости от электриче- при T = 300 K). ГП подвергались механическому давлеских параметров контактирующих полупроводников и нию, направленнному перпендикулярно плоскости граот конструктивных особенностей структур [3]. Соглас- ницы раздела (вдоль оси симметрии c кристаллов InSe но [4], гетероконтакт InSe/GaSe является структурой и GaSe).

полупроводник–диэлектрик–полупроводник, в которой На рис. 1 представлено изменение напряжения холоP роль диэлектрика, несмотря на сложившееся мнение об стого хода Voc (кривая 1) и тока короткого замыкания IP sc инертности поверхностей слоистых полупроводников к (кривая 2) в зависимости от величины приложенного сорбции сторонних атомов из атмосферы [5], играет к ГП InSe-GaSe давления P. Начальные значения (при P отсутствии давления) величин Voc/Voc и IP /Isc приняты именно слой кислорода, который представляет собой sc за 100%. Исследование спектров оптического поглонеравновесное состояние системы с долгим временем щения моноселенидов галлия и индия, подвергнутых релаксации. Как показано в работе [4], в процессе длительного хранения (10-14 лет), вследствие диффу- влиянию одноосного сжатия давлением до P 75 кПа, свидетельствует об отсутствии изменений в энергетичезионного расплывания кислорода, полупроводниковые ском спектре этих полупроводников, что хорошо соглапластины InSe и GaSe приходят в реальный тесный суется с литературными данными [6,7]. Так, согласно [6], контакт, площадь которого составляет всего 10% от уменьшение ширины запрещенной зоны GaSe Eg под геометрической площади ГП. Если производить расчет кпд фотопреобразования таких структур с учетом реаль- действием давления становится заметным лишь при P 108 Па. Это обстоятельство дает основания связать ной площади (т. е. площади, которая пришла в тесный P изменения Voc и IP гетероперехода n-InSe–p-GaSe в контакт), то его величина для ГП, при изготовлении sc исследуемом диапазоне давлений с изменениями, прокоторых использовались моноселениды индия и галлия с исходящими на границе раздела.

оптимальными электрическими параметрами, возрастает Как видно из рис. 1 (кривая 1), до P 35 кПа велис 3.2 до 11-12%. В том случае, если реализация участчина Voc возрастает почти в 2 раза и стремится, как и ков тесного контакта InSe/GaSe является следствием было предсказано в работе [4], к величине контактной частичного „вытеснения“ „воздушной прослойки“ или разности потенциалов 0, рассчитанной в рамках модели же „обволакивания“ скоплений адсорбированных атомов Андерсона для идеальных ГП. Хотя, как свидетельствупод действием веса контактирующих полупроводников, ют измерения вольт-фарадных характеристик структур, целесообразным представляется проведение исследованаходящихся под воздействием давления, контактная ния влияния давления на параметры фотопреобразоваP разность потенциалов 0 так и не достигает величины, ния оптического контакта InSe/GaSe.

определенной из соотношения для идеальных ГП, В данном сообщении представлены результаты первых исследований влияния одноосного сжатия оптиче0 =(p + Egp - EFp) - (n + EFn) (1) ского контакта InSe-GaSe на величину фотоэдс насыщения (напряжения холостого хода) Voc и тока короткого даже с учетом возможного изменения положения уровзамыкания Isc.

ня Ферми EF в InSe и GaSe, о чем свидетельству¶ E-mail: chimsp@unicom.cv.ua ет увеличение их удельного сопротивления с ростом 634 С.И. Драпак, М.О. Воробец, З.Д. Ковалюк к скачкообразному возрастанию IP при сохранении sc P постоянного значения Voc, что может быть уже связано с увеличением площади исследуемых ГП вследствие более равномерного распределения слоя адсорбированных из атмосферы атомов кислорода на границе раздела.

Увеличение IP в диапазоне давлений P 40-50 кПа sc может быть связано и с изменениями параметров контактирующих полупроводников под воздействием давления (время жизни неосновных носителей заряда, диффузионная длина). Однако это предположение требует проведения дополнительных исследований. Резкое паP дение Voc при P > 55-60 кПа, по-видимому, обусловлено влиянием несоответствия постоянных кристаллических решеток контактирующих полупроводников Рис. 1. Изменения величин напряжения холостого хода Voc (1) ( 8%), которое начинает сказываться при уменьшении и тока короткого замыкания Isc (2) в зависимости от давP толщины диэлектрического зазора до пренебрежительно ления P, приложенного к гетеропереходу n-InSe–p-GaSe. Voc и IP — значения величин Voc и Isc для структур, находящихся малой величины и может быть причиной появления sc под воздействием давления.

фоточувствительности исследуемого ГП за пределами собственной полосы поглощения моноселенида индия (рис. 2, кривые 5, 6). Вследствие увеличения величины P изгиба зон 0 и увеличения удельного сопротивления приложенного давления до P 70 кПа (рис. 2, криконтактирующих полупроводников вид вольт-амперных вые 1, 2). В соотношении (1) p и n — величины характеристик (ВАХ) ГП, находящихся под воздейсродства к электрону для полупроводников p- и nствием давления, также претерпевает изменение: если типов проводимости соответственно; Egp — ширина прямые ветви ВАХ исходных образцов могут быть запрещенной зоны полупроводника p-типа; EFp —энерописаны выражением J exp(eV /nkT), где диодный когетическое расстояние от потолка валентной зоны до эффициент сохраняет значение n 1 во всем интервале уровня Ферми в полупроводнике p-типа проводимости, исследуемых температур, то для структур, находящихся а EFn — от уровня Ферми до дна зоны проводимости под давлением, значение n превышает 2 при комнатной в полупроводнике n-типа. Это обстоятельство — несоP температуре.

ответствие величин 0 и 0 (1) — свидетельствует Несмотря на то что интерпретация полученных рео невозможности полного устранения промежуточного зультатов носит лишь предположительный характер, слоя адсорбированных из атмосферы атомов кислорода результаты проведенных исследований свидетельствует под воздействием давления. Тем не менее, в отличие о возможности значительного увеличения параметров от ГП, которые не подвергались воздействию давления и для которых напряжение холостого хода значительно превышает величину контактной разности потенциалов, что характерно для структур, содержащих на границе раздела диэлектрический зазор [8], начинает выполняться соотношение P P eVoc 0 (2) что свидетельстует об уменьшении толщины промежуточного слоя до пренебрежительно малых размеров.

Одновременно, несмотря на увеличение ширины области пространственного заряда (обусловленное возрастаP нием 0 ), определенной из C-V характеристик, и на увеличение удельного сопротивления контактирующих полупроводников (рис. 2, кривые 1, 2) наблюдается значительное увеличение IP (более чем в 5 раз). Это свиsc детельствует о том, что оптический контакт InSe–GaSe под давлением уже можно рассматривать не как структуру полупроводник–диэлектрик–полупроводник, а как „тесный“ контакт. В диапазоне давлений P 35-40 кПа Рис. 2. Спектральные зависимости относительной квантовой P величины Voc и IP выходят на насыщение, что может sc эффективности гетероперехода n-InSe–p-GaSe при значениях быть следствием невозможности уменьшения толщины давления P, кПа: 3 —0, 4 — 20, 5 — 40, 6 — 60. T = 291 K.

диэлектрического зазора под воздействием приложенно- На вставке — влияние давления на изменение удельного го давления. Дальнейшее увеличение давления приводит сопротивления моноселенидов индия (1) и галлия (2).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Влияние одноосного сжатия на параметры фотопреобразования оптического контакта p-GaSe–n-InSe фотопреобразования ГП n-InSe–p-GaSe. В завершение Effect of uniaxial pressure следует отметить, что в том случае, если фактор заполon the photoconversion parameters нения ВАХ для гетеропереходов, подвергшихся одноосof InSe–GaSe optical contact ному сжатию давлением 30-55 кПа, существенно не S.I. Drapak, M.O. Vorobets, Z.D. Kovalyuk уменьшится, для них следует ожидать увеличения кпд фотопреобразования до 15-16%. Оценка произведена Frantsevich Institite for Problems of Materials Science, для структур с оптимальными исходными параметраChernovtsi Branch of Natianal Academy ми: остаточное сопротивление 103 Ом, кпд 3.2%.

of Sciences of Ukraine, Отметим также, что площадь ГП n-InSe–p-GaSe огра58001 Chernovtsi, Ukraine ничивается размерами кварцевых ампул, в которых выращиваются моноселениды индия и галлия, и для

Abstract

The influence of static pressure, normal to the barrier исследованных структур составляет 1см2. Заключение plane, on the photoconvertion parameters of a n-InSe–p-GaSe структур с такими размерами в корпуса под воздействиheterojunctions is investigated. It indicate on a possibility ем P 35-50 кПа не должно заметно отразиться на to increase essentially the photoconversion efficiency in such стоимости фотопреобразователей.

structures. For instance, for a n-InSe–p-GaSe optical contact subjected to a pressure of about 35 to 40 kPa an increase of the open circuit voltage nearly twice and the shorting current by a Список литературы factor not less than five was observed in comparison to the initial [1] В.Л. Бакуменко, В.Ф. Чишко. ФТП, 11 (10), 2000 (1977).

samples that allows us to forecast the possibility of the efficiency [2] Э.Г. Аширов, В.Л. Бакуменко, А.К. Бонаков, Ю.С. Магай и increase up to 15-16%.

др. Тез. докл. Всес. сем. по радиационным эффектам в полупроводниках и полупроводниковых приборах (Баку, Азернешер, 1980) с. 91.

[3] С.И. Драпак, В.Н. Катеринчук, З.Д. Ковалюк, В.А. Манассон. Физ. электроника, № 41, 92 (1988).

[4] С.И. Драпак, В.Б. Орлецкий, З.Д. Ковалюк. ФТП, 38 (5), 566 (2004).

[5] R.H. Williams, A.J. Mc Avej. J. Vac. Sci. Technol., 9 (2), 867 (1972).

[6] Landolt-Bornstein. Numerical Data and Functional Relationhips in Science and Technology. New Ser. Group III:

Crystal and Solid State Physics, ed. by O. Madelung (Berlin, Springer, 1983) v. 17.

[7] C. Ulrich, D. Olguin, A. Cantarero, A.R. Goni, R. Syassen, A. Chevy. Phys. Status Solidi (b), 221, 777 (2000).

[8] S.I. Drapak, V.N. Katerinchyk, Z.D. Kovalyuk, V.A. Manasson.

Phys. Status Solidi (a), 115, K35 (1989).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.




© 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.