Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | при T = 4.2 K. В этом случае оказалось (рис. 3, b), что цу вакуум/GaAs. Оказалось, что Al-пленка приводит времена засветки tS до насыщения эффекта ЗТФП не к уменьшению мощности излучения, попадающего в зависели от геометрии структур. GaAs, на 4Ц5 порядков. В образцах типа C, с затвоТакое поведение может быть связано со следующим рами в виде узких полосок, засветка приграничных с обстоятельством. В красной области спектра GaAs яв- затвором областей, проникновение излучения под затвор ляется хорошо поглощающим материалом: коэффициент на его краях (дифракционные эффекты) и эффекты поглощения света 5 104 см-1 при энергии кванта растекания фотогенерируемых носителей заряда под 2эВ [10]. Это соответствует характерной глубине про- затвором приводят к тому, что характерные времена никновения света в GaAs, равной 0.5 мкм. Поэтому в tS не ограничиваются малой прозрачностью Al-пленки, подзатворную область образцов типа A и B излуче- а определяются мощностью излучения, попадающего в ние может проникать лишь проходя через Al-пленку. GaAs с краев затвора. Таким образом, можно ожидать, Оценки соответствующего коэффициента прохождения что характерные времена насыщения эффекта ЗТФП для показывают, что это должно приводить к сильному образцов разных типов, облучаемых красным светодиослаблению излучения. Действительно, скин-длина ls одом, могут различаться на 4Ц5 порядков вследствие для ИК и видимой области спектра примерно равна малой прозрачности Al-пленки, что и наблюдается в 15 нм. Причем эта длина практически не зависит от эксперименте (рис. 3, a).
частоты падающего излучения, так как на этих часто- В случае же засветки с hIR < Eg (ИК светодиод) тах выполняются условия 1 и vF/ ls, где GaAs становится прозрачным: <10 cм-1 при энергии Ч время релаксации импульса, а vF Ч фермиевская кванта 1.3 эВ [10]. Это соответствует характерной глускорость [11]. Толщина пленки алюминия на затворах бине проникновения излучения в GaAs больше 1 мм.
наших образцов 80 нм. Если учесть затухание электро- В результате подзатворная область образцов засвечивамагнитного поля в такой пленке, отражения от границ ется падающим излучением за счет отражения от задней вакуум/Al, вакуум/GaAs и Al/GaAs, то можно получить и боковых границ образцов, слоев металлизации. Как оценку отношения коэффициента прохождения излуче- следствие, характерные времена насыщения эффекта ния в GaAs через пленку алюминия и коэффициента ЗТФП не зависят от геометрии образцов, что видно на прохождения излучения в GaAs просто через грани- рис. 3, b.
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние энергии фотонов и температуры на эффект замороженной туннельной фотопроводимости... области возбуждения ДдефектнаяУ граница). Оставшийся после выключения подсветки заряд дырок, действуя как Добратный затворУ, может значительно опустить уровень Ферми (дно зоны проводимости) в глубине GaAs, уменьшая тем самым изгиб зон в обедненной области между -слоем и подложкой. Таким образом, можно предположить, что при h >Eg в уширение потенциальной ямы приповерхностного -слоя, которое вызывает ДсгущениеУ пустых уровней и некоторое увеличение концентрации электронов в 2D канале (эффект ЗТФП), дает вклад не только уменьшение заряда акцепторных или глубоких центров в эпитаксиальном слое GaAs за счет их фотоионизации, как мы предположили в работе [7]. Процесс накопления заряда дырок на Добратном затвореУ структуры, возникающий за счет генерации электронно-дырочных пар, вызывает дополнительное ДраспрямлениеУ потенциального профиля от -слоя в объем GaAs. Это согласуется с данными [5], где было продемонстрировано влияние такого заряда на замороженную фотопроводимость глубокого -слоя при h >Eg.
В случае h
t > tS 600 c. Отдельно показаны оси времени t для красного Как было отмечено выше, при засветке образцов светодиода (верхняя шкала) и инфракрасного (нижняя).
красным светодиодом эффект увеличения времени tS для образцов типа A и B, по сравнению с образцами типа C, количественно описывается поглощением света в Al-пленке. Отсюда можно сделать вывод, что в структуЛюбопытно отметить, что изменения в туннельных рах типа A и B затекание под затвор дырок, фотогенериспектрах после облучения видимым и инфракрасным рованных на его границе, не играет существенной роли, светом качественно не отличаются. В обоих случаях иначе они должны были бы заметно сократить разницу наблюдается ЗТФП, т. е. ДсгущениеУ подзон к основному во временах tS между образцами с разной геометрией.
состоянию, а также насыщение эффекта (рис. 4). Однако, Для проверки наших предположений о механизмах как видно из этого рисунка, максимальные сдвиги незаЗТФП было проведено сравнение экспериментальных полненных подзон E1 - E3 в условиях насыщения ЗТФП данных с результатами расчета туннельного спектра оказались примерно вдвое меньше, чем для красного после засветки ИК светодиодом. Соответствующие грасветодиода (ср. также рис. 3, a и 3, b).
фики приведены на рис. 2, и они показывают хорошеe Обнаруженные различия, по-видимому, связаны с гесогласие теории и эксперимента. Наблюдаемые измененерацией электронно-дырочных пар, которая возникает ния туннельного спектра в режиме ЗТФП после засветки в дополнение к фотоионизации глубоких центров и связаны с уменьшением электрического поля в канале акцепторных состояний в GaAs, только для излучения со стороны обедненной области Ч канал становится с h >Eg. В этом случае статическое электрическое эффективно шире, и донья 2D подзон опускаются вниз поле приповерхностного -слоя приводит к простран- по энергии. Для описания этого режима нами было расственному разделению фотогенерируемых электронов и смотрено два варианта расчета: с уменьшением уровня дырок в области между -слоем и подложкой. Электроны легирования до p = 1015 см-3 и опусканием дна зоны ДсливаютсяУ в -слой и стекают в омические контакты проводимости в объеме GaAs на 0.88 эВ. Первый случай по 2D каналу. Дырки же, двигаясь в сторону объема соответствует уменьшению концентрации заряженных GaAs, могут накапливаться, например, в области гра- центров, вызванному фотоионизацией, второй Ч накопницы эпитаксиального слоя и подложки (ближайшая к лению положительного заряда на границе обедненной Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 844 И.Н. Котельников, С.Е. Дижур, М.Н. Фейгинов, Н.А. Мордовец области или границе эпитаксиального слоя и подложки за счет образования электронно-дырочных пар. В обоих случаях расчет приводит к наблюдаемому сгущению подзон в -слое. Это является вполне естественным результатом, так как сдвиг доньев подзон чувствителен к изменению электрического поля лишь в непосредственной близости от канала, на длине локализации волновых функций. Поле в этой части структуры со стороны обедненной области практически однородно и его изменения могут быть вызваны как изменением p-легирования, так и изменением разности потенциалов между каналом и подложкой. Определить из расчетных данных, какой из этих механизмов является основным, не представляется возможным.
Неожиданно эффект ЗТФП был обнаружен при исследовании влияния излучения CO2-лазера на структуру Al/-GaAs. Сдвиг подзон для hCO 0.13 эВ Eg при засветке до насыщения оказался таким же, как и в случае ИК светодиода (рис. 4). Перезарядку примесных центров в GaAs излучением с такой энергией кванта можно объяснить, предположив наличие примесных центров (дефектов), расположенных выше середины запрещенной зоны. В этом случае возбуждение электронов с таких центров с последующим их туннельным переносом в -слой могло бы дать заметный вклад в наблюдаемый Рис. 5. Температурная зависимость эффекта замороженной эффект, учитывая, что плотность мощности излучения туннельной фотопроводимости. Показаны положения подзон и время насыщения ЗТФП tS в случае CO2-лазера предо и после засветки при T = 4.2 K и отогрева засвеченного восходили аналогичные параметры для ИК светодиода образца до температуры T. Отмечено положение критической на 6Ц7 порядков и примерно в 100 раз соответственно.
температуры Tc = 45 3 K. На примере подзоны E2 стрелками В качестве таких глубоких центров в GaAs могли бы показано, к каким положениям возвращается эта подзона при охлаждении до 4.2 K образца, отогретого до температуры T.
выступать уровни Cr, как в ЗФП структур с квантовыми точками [12], или EL2-центры и сопутствующие им метастабильные дефекты [13,14]. Эффекты замороженной фотопроводимости в подложке также могут давать около 50 K эти кривые резко сближаются. В данной заметный вклад в наблюдаемый эффект. В ближайшее работе мы провели серию измерений туннельных спеквремя мы предполагаем детально исследовать ЗТФП под тров при температурах от 4.2 до 76 K после засветки действием CO2-излучения.
образца при 4.2 K. Найдена критическая температура Отметим, что влияние фотоионизации DX-центров в Tc = 45 3 K, ниже которой эффект ЗТФП сохраняется, -слое если и имеет место, то дает лишь незначительный а при более высокой Ч положения подзон возвращавклад для исследованных образцов с NSi < 5 1012 см-2.
ются практически к своим темновым значениям, как Недавно выполненные эксперименты при высоких гидровидно на рис. 5. Обнаружено, что величина Tc не статических давлениях на наших структурах [15] также зависит от энергий подзон в -слое и их начального, подтверждают, что уровень DX-центров находится знав темновых условиях, заполнения. Отметим, что сдвиг чительно выше уровня Ферми в -слое при атмосферном пустых подзон с температурой после подсветки не давлении. Следовательно, число носителей, захваченных может наблюдаться при помощи магнитотранспортных на эти центры в процессе охлаждения образца, оказываизмерений. Как видно из рис. 5, изменения положения ется слишком мало, чтобы их фотоионизация привела к заполенной (самой нижней) подзоны E0 при отогревании заметным эффектам ЗФП или ЗТФП.
до температуры вблизи Tc почти не заметны, в то время как пустые подзоны резко идут вверх. Поскольку все 2D электроны находятся именно на уровне E0, это означает, 4.2. Температурная зависимость что концентрация в ДЭС вблизи Tc изменяется слабо.
замороженной туннельной Однако в магнитотранспортных исследованиях ЗФП фотопроводимости температура Tc = 50 K наблюдалась в структурах с глуВ работе [7] было проведено сравнение зависимостей бокими -слоями и ранее, например, в работе [6]. Автологарифмической производной туннельной проводимо- ры [6] объясняли такую величину Tc захватом носителей сти S0 при смещении U = 0 от температуры в темноте и на глубокие дефекты (вакансии Ga или As с энергией после засветки. Было обнаружено, что при температурах активации порядка 0.5 эВ) в GaAs, не связанные с Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Влияние энергии фотонов и температуры на эффект замороженной туннельной фотопроводимости... легирующей примесью в -слое. Отметим, что Tc = 50 K [9] И.Н. Котельников, А.Я. Шульман, Д.К. Чепиков, Е.Г. Чиркова. ФТП, 21 (10), 1854 (1987).
четко проявилась (по данным [6]) только на зависимо[10] J.S. Blakemore. J. Appl. Phys., 53 (10), R123 (1982).
стях холловской подвижности и проводимости -слоя [11] Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Теоретическая физика.
от температуры, тогда как в холловской концентрации Физическая кинетика (М., Физматлит, 2002) т. X.
особенность при T = Tc была почти не заметна. Такое [12] V.A. Kulbachinskii, R.A. Lunin, V.G. Kytin, V.A. Rogozin, поведение, по нашему мнению, связано с заполнением P.V. Gurin, B.N. Zvonkov, D.O. Filatov. Phys. Status Solidi (c), после подсветки подзон с высокой подвижностью и 0 (4), 1297 (2003).
их опустошением выше Tc. Концентрация электронов, [13] O.A. Soltanovich, E.B. Yakimov, V.A. Kagadei, L.M. Romas.
которая в наших образцах определяется в основном Physica B, 302Ц310, 827 ( 2001).
заполнением подзоны E0, также остается почти неизмен[14] D.J. Chadi. Phys. Rev. B, 68, 193 204 (2003).
ной при пересечении характерной температуры Tc. Это [15] Е.М. Дижур, А.Н. Вороновский, А.В. Федоров, И.Н. Ковидно из зависимости E0(T ) на рис. 5. тельников, С.Е. Дижур. Письма ЖЭТФ, 80 (6), 489 (2004).
Редактор Т.А. Полянская 5. Заключение Influence of photon energy and the Метод туннельной спектроскопии позволил просле- temperature on persistent tunnelling дить как за заполненными, так и за пустыми уровнями photoconductivity effect in Al/-GaAs в структуре c -легированием до и после подсветки при structures гелиевых температурах. Показано, что ДсгущениеУ уровI.N. Kotelnikov, S.E. Dizhur, M.N. Feiginov+, ней (эффект ЗТФП) возникает в структуре Al/-GaAs N.A. Mordovets при облучении излучением с h как чуть больше, так и меньше Eg и даже для h 0.13 эВ (CO2-лазер). При Institute of Radioengineering and Electronics, межзонной подсветке (h >Eg) в наблюдаемый эффект 125009 Moscow, Russia дают вклад процессы фотовозбуждения в GaAs: 1) меж- + Technische Universitt Darmstadt, зонные переходы электронов с последующим накоплениD-64283 Darmstadt, Deutschland ем положительного заряда в глубине полупроводника и 2) ионизация глубоких центров в эпитаксиальном слое и
Abstract
The persistent tunnelling photoconductivity effect has (или) подложке. При h -doped layer of GaAs are getting closer one to another after illumination. That happens due to the widening of the quantum Авторы благодарят Ю.В. Федорова и А.С. Бугаева за well of the -doped layer. When photon energy (h) is larger than изготовление структур Al/-GaAs и В.А. Волкова за GaAs band gap (Eg), the quantum well is getting wider because полезные обсуждения скин-эффекта в металлах. Книги по разным темам