WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 11 Стимулированная фотопроводимость фосфида галлия, компенсированного медью © Н.Н. Прибылов¶, А.А. Кожевникоⶶ Воронежский государственный технический университет, 394026 Воронеж, Россия (Получена 13 марта 2006 г. Принята к печати 6 апреля 2006 г.) Изучено влияние собственного возбуждения на спектр фотопроводимости GaP : Cu. Проявляющиеся в виде дополнительного максимума особенности в области энергий фотонов 1.8 эВ связываются с эффектами перераспределения неравновесных носителей заряда, генерируемых с двух уровней меди в поле поверхностного потенциала. Обсуждается природа полосы примесной фотопроводимости с максимумом при 1.05 эВ и краем около 0.6 эВ.

PACS: 72.40.+w, 73.50.Pz 1. Введение непрерывно, а немодулированная подсветка имела фиксированную длину волны. Модулированное зондовое Фосфид галлия, легированный медью, обладает высо- излучение посредством оптической системы концентрировалось в пятно диаметром 1 мм сначала вблизи одного кой фоточувствительностью в синей области спектра.

из контактов, потом вблизи другого без засветки самих В качестве основной причины больших времен жизни неравновесных носителей заряда обычно рассматрива- контактов, а немодулированный поток освещал весь ется асимметрия сечений захвата свободных носите- образец. Длины волн немодулированной подсветки были = 540 и 440 нм, что позволило, возбуждая носители в лей заряда единственным примесным уровнем. Для собственной области поглощения фосфида галлия, реаGaP Cu в литературе неоднократно предпринимались лизовывать случаи как объемной, так и поверхностной безуспешные попытки описать вид спектров примесного генерации.

оптического поглощения и фотопроводимости [1–4] с Спектры фотопроводимости при комнатной темпераиспользованием одного уровня. Вместе с тем данные [5] туре и при освещении вблизи контакта с положительсвидетельствуют, что медь в GaP Cu дает не один, а ным потенциалом представлены на рис. 1, a, а вблизи два уровня в нижней части запрещенной зоны. В [6] контакта с отрицательным потенциалом — на рис. 1, b.

на основании наблюдения кинетики фотопроводимости Разницу в воздействии света на образец вблизи разных и спектров инфракрасного гашения фотопроводимости контактов можно обнаружить лишь при использовании сделано предположение о бистабильности нейтрального подсветки: как видно из рис. 1, вид спектров фотопросостояния примеси меди, определяющей амфотерность водимости без подсветки практически не различается.

ее электрической активности. Согласно [6], в условиПри использовании подсветки уровень фототока в целом ях равновесия доминирующими состояниями меди в выше при расположении пятна зондирующего излучения кристалле являются ионизованные донорные (B+) и вблизи отрицательного контакта, чем вблизи положиакцепторые (A-) центры. В условиях собственного возтельного, что, вероятнее всего, связано с инжекцией буждения образца излучением разных длин волн появносителей. При подсветке с = 540 нм и при энергии ляется возможность создания неравновесных зарядовых квантов зондирующего излучения h >1.6 эВ в случае состояний меди.

освещения вблизи положительного контакта уровень Цель нашей работы — изучение влияния неравновесфотоответа меньше, чем без подсветки, а при освещении ных состояний меди на фотопроводимость в компенсивблизи отрицательного контакта — больше. В длиннорованных образцах фосфида галлия.

волновой области спектра наблюдается полоса колоколообразного вида с максимумом при 1.05 эВ, являвшаяся предметом более ранних исследований [1–4]. Далее, в 2. Основные экспериментальные спектрах, особенно при подсветке с = 440 нм, мы результаты видим аномальный пик резонансного типа с максимумом при h 1.8 эВ, для объяснения которого необходимо Спектры фотопроводимости (ФП) при двойном возпровести дополнительные эксперименты. Максимум окабуждении образцов исследовались на спектрофотометре зался чувствительным к фазе детектируемого сигнала и СДЛ-2 по модуляционной методике. Образец освещался частоте модуляции излучения, что указывает на мнодвумя световыми потоками: модулированный с частогокомпонентность полосы. Начиная с порогового знатой 280 Гц световой поток разворачивался в спектр чения энергии h 2.2 эВ происходит рост фотопрово¶ димости, связанный с генерацией электронно-дырочных E-mail: pribylov@vups.vrn.ru ¶¶ E-mail: akozhev@yandex.ru пар в области собственного поглощения, а за поло4 1332 Н.Н. Прибылов, А.А. Кожевников вблизи отрицательного контакта и при использовании подсветки с = 440 нм, при данных условиях и производился нагрев образца (рис. 2).

В спектре при температуре T = 290 K с увеличением энергии квантов наблюдается рост фоточувствительности с порогом 1.6 эВ. Далее при энергии 1.8эВ фотопроводимость проходит через максимум, и начинается спад до энергии h 1.9 эВ, после чего опять начинается рост фотопроводимости, но значительно более медленный. При увеличении температуры всего на 10 K от 290 до 300 K уровень фототока в максимуме этой полосы падает более чем в 2 раза; с дальнейшим ростом температуры фотоответ увеличивается, но при этом происходит смещение максимума в сторону коротких волн со средней скоростью 0.01 эВ/K.

3. Обсуждение экспериментальных данных Для объяснения влияния неравновесных состояний меди на фотопроводимость в GaP предлагается модель, суть которой состоит в следующем: примесь способна проявлять как акцепторные, так и донорные Рис. 1. Спектры фотопроводимости фосфида галлия, ле- свойства, находясь в узле подрешетки Ga. Амфотергированного медью, при расположении пятна зондирующего ностью электрической активности обладает центр A, излучения вблизи положительного (a) и отрицательного (b) которому приписываются два уровня в запрещенной контактов. 1 —без подсветки, 2 —подсветка с = 540 нм, зоне: Ev + 0.5 эВ — акцепторный, (Ev + 0.15) эВ — 3 —подсветка с = 440 нм.

донорный [8]. Такое расположение уровней характерно для примесей с энергией корреляции U > 0. Однако экспериментальные результаты ряда работ [5,9] свидетельствуют о появлении в запрещенной зоне GaP Cu глубокого центра B, компенсирующего дырочную проводимость, с уровнем энергии Ev + 0.7эВ. Нами предполагается возможность связи центров A и B через реконструкцию валентных связей узельной меди при ее перезарядке. По аналогии с [10] можно предположить следующую качественную картину (рис. 3). Если состояние A- соответствует узельному положению атома меди с тетраэдрической координацией, состояние A0 в Рис. 2. Зависимость спектра фотопроводимости фосфида галлия, легированного медью, от температуры. Подсветка с = 440 нм, локализация зондового излучения вблизи отрицательного контакта.

сой собственного поглощения наблюдается второй пик (рис. 1, a) с максимумом в области h (2.7-2.9) эВ, объясненный ранее [7].

Было изучено влияние температуры на вид спектра фотопроводимости при собственном возбуждении. ПоРис. 3. Конфигурационно-координатная диаграмма центра скольку максимально интересующий нас пик с порогом меди в фосфиде галлия. Энергии отсчитываются от потолка при 1.6 эВ проявил себя при зондовом освещении валентной зоны.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Стимулированная фотопроводимость фосфида галлия, компенсированного медью Рис. 4. Энергетическая диаграмма GaP Cu. Ec — край зоны проводимости, Ev — край валентной зоны, EF — уровень Ферми.

Пояснения в тексте.

той же координации имеет одну связанную дырку, то Температурные изменения спектров ФП свидетельпри локализации на этом центре второй дырки, как ствуют не о наличии какой-либо резонансной полосы, а это происходит для центров меди в GaAs [11], в GaP о наложении не менее двух процессов фотовозбуждения возникают условия для образования дефекта по типу электронов в зону проводимости, причем коротковолноA-центра (центра кислорода в кремнии): медь смещается вое возбуждение снижает время жизни носителей. Феиз узла, образуя связь лишь с двумя соседними атома- номенологическое объяснение наблюдаемых эффектов ми фосфорного окружения. Оставшиеся два валентных будет строиться на основе нескольких предположений:

электрона замыкаются друг на друга. Представляется, 1) поскольку контакты находятся на одной стороне что такая решеточная релаксация и приводит к выигрыобразца, ток обусловлен наличием носителей вблизи шу в энергии дефекта, определяя значительную глубину поверхности образца;

уровня B. Зарядовое состояние B+ (уровень Ev + 0.7эВ 2) поглощение квантов света в исследуемом интервапуст) стабильно лишь в условиях дефицита электронов.

ле энергий происходит в объеме образца, следовательПри появлении на уровне Ev + 0.7 эВ электрона состоно, фототок определяется носителями, генерируемыми яние B становится метастабильным и способно перейти в объеме;

с понижением энергии в состояние A0. Косвенным под3) полуизолирующие образцы (удельное сопротивлетверждением возможности реконструкции центра меди ние 1ГОм· см) характеризуются большим полем могут служить данные по фотолюминесценции образповерхностного потенциала и, следовательно, значительцов GaP Cu [12], где наблюдали как долговременную ным по глубине изгибом зон;

релаксацию широкой полосы люминесценции, так и ее 4) медь образует в запрещенной зоне фосфида галлия поляризацию.

два уровня: B с энергией 0.7 эВ и A с энергией Ввиду того что центры A и B могут взаимодей 0.5 эВ относительно потолка валентной зоны [5]; стаствовать с носителями обоих типов, появляется возбильными являются состояния A- и B+, состояние Bможность автокомпенсации материала при его избыточявляется возбужденным состоянием центра A0, а состоном легировании медью. Такое поведение характерно яние A+ — возбужденным состоянием центра B+.

для примесей с отрицательной энергией электронной В нашем случае используется схема [7], где каждый корреляции [13], но аппроксимация колоколообразной слой образца характеризуется своим временем жизни формы полосы с максимумом при 1.05 эВ по форэлектронов при одинаковом коэффициенте поглощемуле Пекара показывает сильное электрон-фононное ния. Предложенные в модели слои можно охарактевзаимодействие при энергии фононов = 0.045 эВ и ризовать следующим образом:

разности энергий двух конечных состояний перехода E0 = 0.566 эВ [8]. Таким образом, приведенные экс- I — область с высоким уровнем напряженности элекпериментальные результаты заставляют рассматривать трического поля, в которой происходит собственное ситуацию детально и включать в схему уровень с поглощение квантов коротковолновой подсветки 440 нм энергией (Ev + 0.15 эВ). с образованием электронно-дырочных пар, характеризуФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1334 Н.Н. Прибылов, А.А. Кожевников ется большой концентрацией свободных электронов и Список литературы доминированием центров A-;

[1] С.А. Абагян, В.И. Амосов, Р.С. Крупышев. ФТП, 10, II — область, в которую в силу изгиба зон дрейфуют (1976).

дырки из зоны I, что приводит к перезарядке центров [2] С.А. Абагян, Р.С. Крупышев. ФТП, 12, 2360 (1978).

меди и увеличению концентрации центров B+; слой II [3] Ю.В. Захаров, Н.Н. Прибылов, С.И. Рембеза, А.А. Сустрепревращается в своего рода „рекомбинационную яму“ тов. Электрон. техн., сер. 6. Материалы, вып. 4 (241), для электронов;

(1989).

III — область, являющаяся основным поставщиком [4] В.И. Кириллов, Д.И. Материкин, С.И. Рембеза. ФТП, 16, носителей, определяющих уровень наблюдаемой фото2190 (1982).

проводимости; [5] P.O. Fagerstrom, H.G. Grimmeis, H. Titze. J. Appl. Phys., 49, 3341 (1978).

IV — область электронейтральности, в которой идет [6] Н.Н. Прибылов, С.И. Рембеза, А.И. Спирин, В.А. Буслов, примесное поглощение.

С.А. Сушков. ФТП, 32 (10), 1165 (1998).

Поскольку ток фотопроводимости определяется но[7] Н.Н. Прибылов, В.А. Буслов, С.И. Рембеза, А.И. Спирин, сителями в слое I, регистрация фототока, вызванного С.А. Сушков. ФТП, 33 (8), 916 (1999).

поглощением излучения в примесной области спектра, [8] Н.Н. Прибылов, В.А. Буслов, С.И. Рембеза, С.А. Сушков, может быть осуществлена только в случае, если генеА.В. Москвичев. Перспективные матер., № 3, 28 (2002).

рируемые в объеме электроны будут достигать этого [9] B. Wessels. J. Appl. Phys., 47, 1131 (1976).

слоя. Полоса фотопроводимости с порогом при 1.6эВ [10] Н.Т. Баграев, И.С. Половцев. ФТП, 23 (6), 1098 (1989).

определяется генерацией электронов из центров B0 в [11] Н.С. Аверкиев, В.А. Ветров, А.А. Гуткин, И.А. Меркулов, слое III. На своем пути в слой I основная масса Л.П. Никитин, И.И. Ремина, Н.Г. Романов. ФТП, 20 (9), 1617 (1986).

электронов успевает „проскочить“ узкую в начальный [12] И.А. Буянова, С.С. Остапенко, М.К. Шейнкман. ФТП, момент „рекомбинационную яму“ (рис. 4, a) и при20 (10), 1791 (1986).

нять участие в формировании фототока. Однако при [13] N.T. Bagraev, V.A. Mashkov. Sol. St. Commun., 65 (10), увеличении энергии квантов до значений, позволяю(1988).

щих возбуждать электроны с уровня A- (> 1.8эВ), наблюдается спад фотопроводимости. Этот эффект мож- Редактор Л.В. Шаронова но связать с тем, что при возбуждении электрона с уровня A- появляется новое зарядовое состояние A0, A copper induced stimulated способное захватить дырку, пришедшую с поверхности.

photoconductivity of gallium phosphide Образовавшееся неравновесное состояние A+ переходит N.N. Pribylov, A.A. Kozhevnikov в основное состояние B+. Рост концентрации состояний B в слое III при захвате дырки либо возбуждении Voronezh State Technical University, электрона с центра B на границе слоев II и III ведет к 394026 Voronezh, Russia смещению границы слоя II в глубину образца (рис. 4, b).

Такое движение границы увеличивает слой II и ведет

Abstract

The influence of own excitation on a spectrum of к росту вероятности захвата электрона на ловушку с photoconductivity GaP : Cu is investigated. Features shown as дальнейшей рекомбинацией.

an additional maximum in area 1.8 eV contact effects of Из спектров на рис. 1 видно, что увеличение фототока redistribution of nonequilibrium carriers of the charge generated начинается раньше, чем достигается энергия межзонных from two levels of copper in a field of superficial potential.

переходов для фосфида галлия, что также указывает на The nature of a strip of the impurity photoconductivity with a присутствие заполненного электронами уровня вблизи maximum is discussed at 1.05 eV and the edge about 0.6 eV.

потолка валентной зоны.

4. Заключение Таким образом, наличие неравновесных состояний меди в условиях значительного по глубине изгиба зон определяет вид спектра фотопроводимости фосфида галлия, легированного медью, не только за полосой собственного поглощения, но и в примесной области.

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.