WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 2 Влияние дрейфа носителей заряда во встроенном квазиэлектрическом поле на спектр излучения варизонных полупроводников © В.Ф. Коваленко, А.Ю. Миронченко, С.В. Шутов Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины (Херсонский отдел), 73008 Херсон, Украина (Получена 4 января 2001 г. Принята к печати 20 июня 2001 г.) Теоретически и экспериментально изучено влияние объемного ( ) и излучательного (r) времен жизни носителей заряда на степень пространственного разделения областей их генерации и излучательной рекомбинации в варизонных полупроводниках при дрейфовом механизме переноса во встроенном квазиэлектрическом поле кристалла. Установлено, что с увеличением и(или) r степень пространственного разделения возрастает. Обнаружен эффект пространственного разделения областей излучательной рекомбинации, соответствующих механизмам переходов с различными значениями r. Полученные данные обусловлены координатной зависимостью вероятности рекомбинации в варизонных полупроводниках.

Введение µ — подвижность ННЗ, S0 — скорость поверхностной рекомбинации на освещаемой широкозонной поверхноНаличие в варизонных полупроводниках встроенного сти, l+ = Vdr — эффективная длина смещения ННЗ, квазиэлекрического поля E = e-1Eg, обусловлива =( i-1)-1 — объемное время жизни, i — время i ющего дрейф неравновесных носителей заряда (ННЗ), жизни ННЗ, соответствующее i-му механизму рекомбиприводит к изменению их основных люминесцентных нации.

характеристик по сравнению с обычными полупроводниУсловия применимости (1):

ками. В работе [1] было показано, что в полупроводниках – линейное изменение ширины запрещенной зоны Eg со средними и большими значениями E конкурирующий по координате z при средних и больших значениях с процессом излучательной рекомбинации процесс перевстроенного поля E, когда дрейф ННЗ в поле E преноса ННЗ из широкозонного в более узкозонные участки обладает над диффузией;

кристалла за время дрейфа tdr

к области генерации ННЗ) участок кристалла. Величина Уравнение (1) далее используем для изучения влиясмещения возрастает с увеличением E. Настоящая рания временного фактора на степень пространственного бота, которая является продолжением исследования [1], разделения областей генерации и излучательной рекомпосвящена изучению зависимости степени разделения бинации ННЗ.

областей генерации и излучательной рекомбинации ННЗ На рис. 1 приведены расчетные формы спектра изот объемного и излучательного времени жизни.

лучения варизонного полупроводника с E = 200 В/см при различных значениях объемного и излучательного времен жизни. Видно, что смещение максимума спектра Теоретическое рассмотрение излучения в узкозонный участок кристалла от освещаемой широкозонной поверхности, т. е. пространственСогласно [1], в варизонном полупроводнике форма ное разделение областей генерации ННЗ и их излучаспектра излучения для полубесконечного кристалла при тельной рекомбинации, величина которого составляет линейной рекомбинации и поверхностном поглощении z = zn - z0, возрастает с увеличением объемного возбуждающего света описывается выражением n и(или) излучательного времен жизни (zn — координата rVdr Jmax положения максимума спектра излучения hn, n — I(z) =r-1 exp z Vdr + Sномер спектра на рис. 1, n = 1, 2, 3, 1, 2, 3 ). Этот результат также является очевидным следствием коорJ0 z l+ + exp - exp -, (1) динатной зависимости вероятности рекомбинации — с l+ - exp(-l+/z) l+ z увеличением и(или) r ННЗ уходят на большие рассто где J0 — интенсивность возбуждения, — кванто- яния от освещаемой поверхности без безызлучательной вый выход внутреннего фотоэффекта, — коэффици- и(или) излучательной рекомбинации соответственно. На ент поглощения возбуждающего излучения, Vdr = µE, рис. 1 координата z = 0 соответствует широкозонной Влияние дрейфа носителей заряда во встроенном квазиэлектрическом поле... Рис. 1. Спектры излучения варизонного полупроводника с Eg = 200 эВ/см, рассчитанные по формуле (1) при T = 77 K, = 2.72·104 см-1, S0 = 105 см/с, = 1, J0 = 1020 см-2·с-1. Времена жизни r, c: 1–3 —5·10-9, 1 -3 —10-8;, c: 1, 1 —10-9, 2, 2 —2 · 10-9, 3, 3 —3 · 10-9.

Рис. 2. Спектры излучения (a) и зависимости эффективной длины смещения неравновесных носителей заряда l+ и энергий максимумов в спектрах hmax (b) для нелегированного эпитаксиального слоя твердого раствора AlxGa1-x As с Eg = 89 эВ/см от уровня возбуждения при 300 K; J0, см-2 с-1: 1 —1019, 2 —1022.

5 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 194 В.Ф. Коваленко, А.Ю. Миронченко, С.В. Шутов Рис. 3. a — распределение энергий максимумов спектров краевой (1) и примесной (2) полос фотолюминесценции и их интенсивности (1, 2 ) по толщине одного из слоев AlxGa1-x As(Te) с n 7 · 1017 см-3, при возбуждении с узкозонной стороны;

T = 77 K. b — спектры излучения этого же эпитаксиального слоя при возбуждении с узкозонной (1) и широкозонной (2) сторон при одном и том же значении состава твердого раствора на освещаемой поверхности, как показано на вставке. Спектры по интенсивности нормированы к единице; T = 77 K; J0 = 1020 см-2·с-1. На вставке — схема эксперимента; стрелки 1 и 2 указывают положения возбуждающего светового зонда при различных направлениях возбуждения. Смешанная штриховка указывает область кристалла, в которой происходит примесная фотолюминесценция.

освещаемой поверхности; z0 = -1 — протяженность рованных (n 1016 см-3), так и легированных теллуром области генерации ННЗ; z1, z2, z3, z1, z2, z3 — коорди- (n (0.5 1) · 1018 см-3), от уровня возбуждения.

наты положения максимума соответствующих спектров Характеристики исследованных твердых растворов, а излучения. также методика измерения спектров ФЛ изложены в [1].

Из приведенных на рис. 1 данных следуют две осо- Эффективную длину смещения ННЗ l+ при ускоряющем бенности спектров излучательной рекомбинации вари- действии поля E определяли по наклону низкоэнергетизонных полупроводников.

ческого спада полосы краевого излучения [2].

1. При наличии одновременно нескольких каналов На рис. 2, a представлены измеренные при 300 K спекизлучательной рекомбинации с различными значениятры ФЛ, содержащие только полосу краевого излучения.

ми r имеет место частичное разделение (в широкоНа рис. 2, b — зависимости энергии максимума спектров зонном участке кристалла) областей излучательной реhmax и эффективной длины l+ от уровня возбуждения комбинации, соответствующих различным механизмам J0 для одного из нелегированных эпитаксиальных слоев переходов — для механизма с большим излучательным при возбуждении с широкозонной стороны (со стороmax временем жизни смещение области излучательной рены Eg ). Видно, что с ростом J0 происходит смещение комбинации в узкозонный участок кристалла будет более коротковолнового максимума hmax в низкоэнергетичесущественным (z1 > z1, z2 > z2, z3 > z3).

скую область, т. е. увеличение степени разделения обла2. Для механизма излучательной рекомбинации с стей генерации и излучательной рекомбинации ННЗ.

большим r будет иметь место более существенное сме Экспериментально наблюдаемая зависимость щение максимума соответствующей полосы излучения hmax(J0) отражает, по нашему мнению, зависимость в узкозонный участок кристалла, чем для механизма с hmax( ) (см. рис. 1) и объясняется возрастанием объемменьшим r, при увеличении объемного времени жизни, ного времени жизни ННЗ с увеличением J0, о чем например, (z3 - z1 ) > (z3 - z1).

свидетельствует возрастание l+ с увеличением J0.

Последнее обстоятельство связано, очевидно, с насыщением каналов объемной безызлучательной рекомбинации Сравнение с экспериментом при увеличении концентрации ННЗ.

Проведены измерения зависимостей спектрального со- Спектры ФЛ легированных варизонных твердых расстава фотолюминесценции (ФЛ) эпитаксиальных слоев творов, измеренные при 77 K, содержали полосы краеваризонных твердых растворов AlxGa1-xAs, как нелеги- вого и примесного излучения. При возбуждении с узкоФизика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Влияние дрейфа носителей заряда во встроенном квазиэлектрическом поле... как показано на вставке к рис. 3, b. Из сопоставления этих спектров с использованием кривых 1 и 2 на рис. 3, a max следует, что при возбуждении со стороны Eg энергия max максимума ha смещена в длинноволновую область спектра, а следовательно, в узкозонный участок слоя боmax лее существенно, чем энергия hcr (см. соответствующие координаты za и zcr на вставке). Таким образом, имеет место частичное пространственное разделение областей краевой и примесной ФЛ, обусловленное тем, что ra >rcr. В рассматриваемом случае ra 7 · 10-7 с [4], rcr 2 · 10-8 с [5,6]. Это подтверждает вывод о том, что для канала рекомбинации с большим излучательным временем жизни сдвиг области излучательной рекомбинации в узкозонный участок кристалла должен быть более существенным, чем для канала с меньшим r.

max При возбуждении со стороны Eg с увеличением уровня возбуждения полосы краевой и примесной ФЛ расширялись, а их максимумы смещались в длинноmax волновую область спектра (рис. 4). Смещение ha max происходило до значения ha 1.20 эВ, характерного, как видно из рис. 3, a, для узкозонного участка, в котором x 0. Дальнейшее увеличение уровня возбуждения J0 приводило к стабилизации положения максимума и сужению примесной полосы ФЛ, что указывает на локализацию области примесной ФЛ у тыльной узкозонной поверхности при высоких уровнях возбуждения J0 > 1021 см-2с-1. На рис. 4 представлены также зависимости величин пространственного разделения z областей краевой и примесной ФЛ от J0 для одного из Рис. 4. Зависимости положений максимумов полос краевоэпитаксиальных слоев. Видно, что во всем интервале го (1) ипримесного(2) излучения, а также величины пространизменения уровня возбуждения z > z. Кроме того, a cr ственного разделения областей генерации неравновесных носиэти данные подтверждают вывод о том, что для канала телей заряда и их краевой (1 ) ипримесной (2 ) излучательной рекомбинации с большим излучательным временем жизрекомбинации от уровня возбуждения в эпитаксиальном слое ни имеет место более существенное разделение областей с Eg = 154 эВ/см при 77 K. Штриховой линией обозначено генерации и излучательной рекомбинации ННЗ, чем для положение тыльной узкозонной поверхности.

канала с меньшим r при увеличении.

min зонной стороны (со стороны Eg ) встроенное поле E Заключение оказывает тормозящее действие на генерируемые ННЗ и прижимает их к освещаемой поверхности, обеспечивая Таким образом, соответствие экспериментальных дантем самым совпадение областей генерации и излуча- ных расчетным результатам подтверждает справедлительной рекомбинации [1]. Зависимость положения вость представления о координатной зависимости рекомmax максимума полосы примесного излучения ha от сос- бинации в варизонных полупроводниках при дрейфовом max тава твердого раствора (ha 1.20 эВ при x = 0) механизме переноса неравновесных носителей заряда во аналогична приведенной в работе [3]. На рис. 3, a встроенном электрическом поле.

показано распределение энергий максимумов спектров и интенсивностей полос краевой и примесной ФЛ по толmin Список литературы щине одного из слоев при возбуждении со стороны Eg.

Практически равномерное распределение интенсивно[1] А.И. Базык, В.Ф. Коваленко, А.Ю. Миронченко, С.В. Шутов.

стей полос свидетельствует о достаточно однородном ФТП, 35 (1), 53 (2001).

распределении концентрации основных носителей заряда [2] В.Ф. Коваленко, Г.П. Пека, Л.Г. Шепель. ФТП, 14 (7), и глубоких излучающих центров по толщине. На рис. 3, b (1980).

приведены спектры ФЛ этого же слоя, измеренные при [3] Н.К. Дряпико, В.Ф. Коваленко, Г.П. Пека. ФТП, 17 (5), одинаковом уровне возбуждения с узкозонной (1) и (1983).

широкозонной (2) сторон при одном и том же значении [4] К.Д. Глинчук, А.В. Прохорович, В.Е. Родионов. ФТП, 11 (1), состава твердого раствора на освещаемой поверхности, 35 (1977).

5 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 196 В.Ф. Коваленко, А.Ю. Миронченко, С.В. Шутов [5] Д.З. Гарбузов, В.Б. Халфин, А. Абдуллаев. В кн.: Физика соединений AIIIBV (Л., ЛПИ, 1979) с. 21.

[6] А.И. Базык, В.Ф. Коваленко, Г.П. Пека, В.А. Петряков. ФТП, 15 (7), 1363 (1981).

Редактор Т.А. Полянская The effect of charge carrier drift in a built-in quasi-electric fieldonradiation spectrum of graded-gap semiconductors V.F. Kovalenko, A.Yu. Mironchenko, S.V. Shutov Institute of Physics of Semiconductors of National Academy of Sciences of Ukraine (The Kherson branch), 73008 Kherson, Ukraine Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, 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.