WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 7 E0-спектры фотоотражения полупроводниковых структур с высокой плотностью состояний в области границы раздела ¶ © Р.В. Кузьменко, Э.П. Домашевская Воронежский государственный университет (кафедра физики твердого тела, физический факультет), 394693 Воронеж, Россия (Получена 15 октября 2001 г. Принята к печати 18 декабря 2001 г.) При помощи анализа экспериментальных спектров фотоотражения образцов Ga2Se3/n-GaAs, изготовленных при длительном отжиге подложек GaAs (концентрация электронов n 1017 см-3) в парах Se, установлен эффект отсутствия фотонапряжения в области границы раздела. Фотогенерация неравновесных носителей заряда в подложке приводит не к изменению положения уровня Ферми в области границы раздела, а только к модуляции глубины области пространственного заряда в GaAs. Данные количественного анализа экспериментальных спектров также показывают, что образование толстого ( 1мкм) слоя Ga2Se3 не приводит к ожидаемому эффекту изменения положения уровня Ферми по сравнению с естественно окисленной поверхностью.

В последние несколько лет спектроскопия фотоотра- током фотогенерируемых неравновесных неосновных жения (ФО) вновь стала широко применяться для ис- носителей заряда и током восстановления и определяет следования напряженности электростатического поля в достигаемое при освещении поверхности полупроводобласти поверхности или границы раздела (F), вели- ника фотонапряжение. Проведенные исследования [9] чины изгиба зон или высоты поверхностного барье- показывают, что при комнатной температуре эффект ра и эффекта фотонапряжения в полупроводниковых полного подавления поверхностного электрического поподложках или эпитаксиальных структурах с размера- ля, как правило, не достигается. Таким образом, при проведении исследований фотоотражения необходимо в ми слоев, позволяющими анализировать спектры ФО общем случае исходить из частичной модуляции пов рамках трехмерных моделей (см., например, [1–6]).

верхностного электрического поля (). Если поведение При измерениях в области фундаментальных переходов электрического поля F в приповерхностной области валентная зона - зона проводимости в среднеполевом может быть описано в рамках модели Шоттки, предпорежиме [7,8] спектр ФО обнаруживает в энергетической области выше энергии края фундаментальных перехо- лагающей линейную зависимость поля от глубины z, то частичная модуляция поверхностного поля приводит к дов плавно затухающие осцилляции Франца–Келдыша, параллельному сдвигу с сохранением градиента dF/dz период которых определяется величиной напряженности (см. рис. 1).

электрического поля поверхности или границы раздела В нашей работе при помощи спектроскопии ФО при отсутствии внешнего модулирующего возмущения исследуется эффект воздействия длительного отжига (фотогенерация при ФО). Основной модуляционный подложек n-GaAs в парах Se на положение уровня механизм, лежащий в основе спектроскопии ФО, заФерми в области формирующейся границы раздела ключается в модуляции напряженности поверхностноGa2Se3/n-GaAs. При использовании GaAs в опто- и микго электрического поля полупроводника при периороэлектронных приборах значительную проблему преддическом освещении поверхности светом с энергией ставляет пиннинг уровня Ферми в области поверхности фотонов, превосходящей ширину запрещенной зоны.

или гомоэпитаксиальной/гетероэпитаксиальной границы Модуляция электрического поля приводит вследствие раздела вблизи середины запрещенной зоны. Многочисэффекта Франца–Келдыша к изменению отражательленные исследования показали, что за эффект пиннинга ной способности полупроводника и тем самым к обответственны собственные состояния GaAs, так что разованию электромодуляционных компонент спектров очень часто различные типы покрытий или поверхностфотоотражения. В случае обеднения в области проной обработки не оказывают влияния на положение странственного заряда (dF) возникающие в ней при уровня Ферми в области границы раздела [10–15]. Одфотогенерации неравновесные носители заряда разденако в работах [16–19] было установлено, что образоляются полем, причем основные носители выталкивавание тонкого пассивирующего слоя Ga2Se3, толщиной ются в объем полупроводника, а неосновные носители 10 нм, при отжиге подложки GaAs в парах Se приводит движутся к поверхности. Захват неосновных носителей к пониженной плотности состояний на границе раздела на поверхностные состояния приводит к уменьшению Ga2Se3/n-GaAs по сравнению с естественно окисленной поверхностного потенциала. Однако при уменьшении поверхностью. Поскольку в [19] был обнаружен эфповерхностного потенциала начинает расти ток восфект воздействия толщины пассивирующего покрытия становления, представляющий собой поток основных на величину наблюдаемого изменения напряженности носителей через потенциальный барьер. Баланс между электрического поля в области границы раздела, в ¶ E-mail: roman@ftt.vsu.ru данной работе были проведены измерения спектров E0-спектры фотоотражения полупроводниковых структур с высокой плотностью состояний в области полученный модельным расчетом, представлены на рис. 2. Форма экспериментальной спектральной линии представляет собой переходный вариант между среднеполевым и низкополевым случаями [7,8]. Однако отчетливо наблюдаемая осцилляция Франца–Келдыша позволяет произвести оценку напряженности электрического поля с ошибкой не более 5%. Расчетная линия была получена в рамках обобщенной многослоевой модели [22] с учетом частичной модуляции электрического поля под воздействием освещения. Определенная величина параметра частичной модуляции составляет = 0.(уменьшение напряженности электрического поля под действием освещения в 2 раза) — значение, типичное для образцов GaAs при комнатной температуре [22].

Полученное из количественного анализа спектра значение энергии фундаментального перехода E0 указывает на относительно высокий уровень легирования образца.

Типичный E0-спектр ФО R/R, измеренный после отжига подложки, имеет следующие отличия по сравнению со спектром естественно окисленной подложки (см. рис. 3). Во-первых, в высокоэнергетической области спектра появляются четко выраженные осцилляции Франца–Келдыша, что указывает на уменьшение степени Рис. 1. Модель области пространственного заряда полудефектности прилегающей к границе раздела области проводника n-типа проводимости в случае поверхностного и позволяет более точно определить напряженность пиннинга уровня Ферми Ef в середине запрещенной зоны электрического поля (с точностью до 1%). Во-вторых, (случай обеднения). Вверху: энергетическая диаграмма E(z ) осцилляции Франца–Келдыша, лежащие ближе к энеризгиба зон (Ec — зона проводимости, Ev — валентная зона).

Внизу: распределение электрического поля F(z ) в области гии фундаментального перехода, имеют различный пепространственного заряда. Сплошная линия — область про- риод, в то время как период высокоэнергетических осстранственного заряда в случае отсутствия фотогенерации, цилляций практически одинаков. В-третьих, для первой штрихпунктирная линия — в случае эффекта фотонапряжения, отрицательной осцилляции Франца–Келдыша наблюдапунктирная линия — в случае неизменного положения уровня ется изменение ее плавного хода в области высокоэнерФерми при фотогенерации.

гетического плеча. Согласно известным литературным данным, ранее такие спектры не наблюдались. Все попытки воспроизвести форму экспериментальной линии образцов с толстыми слоями. Измерения проводились при комнатной температуре на установке, устройство и способ действия которой описаны в [20]. Для проведения фазового анализа спектров [21] использовался двухканальный фазочувствительный усилитель SR850. Значение плотности модулирующего лазерного возбуждения составляло L 1Вт/см2. Модуляция осуществлялась красным He-Ne-лазером (длина волны = 632.8нм, 1/ = 250 нм для GaAs, — коэффициент поглощения) с частотой 500 Гц.

Пять исследованных образцов были изготовлены в Берлинском техническом университете путем отжига подложек GaAs (100) с концентрацией носителей заряда n 1017 см-3 в парах Se при температуре подложки 850 K, давлении паров Se 100 Па в течение 2 ч.

Толщина образовавшегося слоя Ga2Se3, по данным изготовителя, в зависимости от образца составляла от 700 до 1100 нм. Расхождения в толщине определяРис. 2. E0-спектр ФО подложки (штриховая линия) и спектр, лись некоторой вариацией параметров технологическорассчитанный в рамках многослоевой модели с учетом го процесса.

частичной модуляции поверхностного электрического поля Типичный E0-спектр ФО R/R, измеренный на есте- (сплошная линия). Параметры моделирования: E0 = 1.391 эВ, ственно окисленной подложке до отжига, и его спектр, F = 1.04 · 107 В/м, = 53 мэВ, dF = 100 нм, = 0.5.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 840 Р.В. Кузьменко, Э.П. Домашевская напряжения в плоскости (100) в зависимости от того, является ли это напряжение напряжением сжатия или растяжения, приводит к одновременному сдвигу энергий переходов для обеих подзон либо в сторону высоких, либо в сторону низких энергий. Между тем спектральная особенность в области высокоэнергетического плеча осцилляции, которая в этом случае должна ассоциироваться с главным пиком электромодуляционной компоненты второй подзоны, лежит при энергии 1.43 эВ, в то время как главный пик спектра находится при энергии 1.38 эВ. Таким образом, необходимо предположить, что наблюдаемая структура возникает только за счет электромодуляции в области вырожденного электроннооптического перехода.

Проведенная в рамках многослоевой модели количественная оценка напряженности электрического поля Рис. 3. E0-спектр ФО подложки после отжига в парах по периоду высокоэнергетических осцилляций Франца– Se (пунктирная линия) и спектры, рассчитанные в рамках Келдыша показала, что напряженность электрического многослоевой модели в предположении частичной модуляции поля в пределах ошибки анализа осталась после отжига поверхностного электрического поля = 0.5 (штриховая неизменной (ср. параметры моделирования спектров до линия) и в предположении модуляции глубины зоны пространи после отжига). Таким образом, необходимо предпоственного заряда без изменения положения уровня Ферми (сплошная линия). Параметры моделирования: E0 = 1.393 эВ, ложить, что для исследованных образцов отжиг либо F = 9.5 · 106 В/м, = 5мэВ, dF = 90 нм (без фотогенерации) не изменяет распределение электронных состояний в и 85 нм (при фотогенерации).

запрещенной зоне, либо образующаяся граница раздела обладает столь высокой плотностью состояний, что пассивирующий эффект становится для нее пренебрежимо малым. Исходя из второго предположения мы при модев рамках обобщенной многослоевой модели с учетом лировании спектров решили использовать модель [27], частичной модуляции электрического поля в области описывающую эффект фотогенерации в приповерхностграницы раздела оказались безрезультатными. Одна из ной области высокодефектных материалов (см. рис. 1).

типичных подгонок в рамках многослоевой модели предВ рамках этой модели предполагается, что в области наставлена на рис. 3.

рушенного приповерхностного слоя толщиной нескольХотя для E0-спектров ФО эффекты отклонения от ко нанометров плотность состояний настолько высока, модельной линии, вызванные многокомпонентностью что фотогенерированные носители рекомбинируют, не спектров, наблюдаются относительно часто, все эфвызывая изменения величины поверхностного потенциафекты наложения, как правило, ограничиваются только ла. Таким образом, генерация неравновесных носителей областью главного пика [23–26]. Кроме этого, проведенприводит в этом случае только к изменению глубины ный нами фазовый анализ спектра показал, что спектр области пространственного заряда. Проведенные в [27] содержит только одну электромодуляционную компорасчеты показывают, что даже при значительных изненту, возникающую в области фундаментального пеменениях глубины области пространственного заряда рехода. Эффект возможного биаксиального напряжения изменение напряженности поверхностного электричеприповерхностного слоя подложки из-за расхождения в значениях постоянных решеток (0.543 нм в Ga2Se3 ского поля настолько мало, что можно практически исходить из ее постоянного значения. Хотя приведенный и 0.5653 нм в GaAs) или из-за различия в коэффицив работе [27] экспериментальный спектр ФО не был ентах теплового расширения материалов, приводящий полностью воспроизведен в рамках этой модели, тем не к снятию вырождения для подзон валентной зоны, также менее наблюдалось хорошее качественное соответствие не может быть ответствен за наблюдаемые изменемежду модельным и эксприментальным спектрами. Возния спектральной структуры. Хотя экспериментальное подтверждение этого путем использования поляризо- можные расхождения между теорией и экспериментом были приписаны в работе высокой степени аморфизации ванного монохроматического света невозможно из-за приповерхностной области исследованного образца.

ориентации подложки GaAs (100), в пользу отсутствия биаксиального напряжения говорят следующие факты. Исходя из [27] мы предприняли попытку промоделиВо-первых, если использовать положение главного пи- ровать наблюдаемый после отжига спектр ФО с немока спектра в качестве энергии перехода для подзоны дулируемым значением напряженности электрического 3/2; ±1/2, то мы получим нереально большое для ис- поля. Поскольку исследованные нами образцы не были следованной гетеросистемы значение биаксиального на- высокодефектными материалами, в случае правильнопряжения 3.75 кбар. Во-вторых, для полупроводников сти модели можно было ожидать лучшее согласие с кубической симметрией воздействие биаксиального теоретических и экспериментальных результатов. Для Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. E0-спектры фотоотражения полупроводниковых структур с высокой плотностью состояний в области области пространственного заряда, должна привести к увеличению напряженности. Результаты проведенных исследований показывают, что, хотя постоянная подсветка и приводит к изменению формы спектральной линии, период высокоэнергетических осцилляций Франца– Келдыша остается неизменным в широком диапазоне использованных значений плотности постоянного лазерного возбуждения от 10 мВт/см2 до 10 Вт/см2. Для иллюстрации на рис. 4 представлены спектры, измеренные без подсветки и при подсветке с плотностью возбуждения 10 Вт/см2. Таким образом, эти измерения подтверждают высказанное выше предположение об эффекте отсутствия фотонапряжения в исследованных образцах.

Pages:     || 2 |



© 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.