Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 |

рис. 1, e проведена пунктирная линия, задающая область SPV = CPVON - CPDOFF. Профиль, представленный отдействия эффекта. Насыщение и убывание эксперименкрытыми квадратами, был измерен, когда оба контакта тальной кривой на рис. 1, e, являющиеся результатом диода заземлены. Как и ожидалось, форма профиля возникновения потенциала на n-подложке, оказываются ступенчатая, и наблюдаются положительные значения вне этой области.

SPV над n-областью ( +110 мВ) и отрицательные Возникновение большого потенциала на подложке не над p-областью структуры (-180 мВ). В рассматрисвязано с падением напряжения на подводящих проводах ваемом профиле наблюдаются также дополнительные к n-контакту, возникающему при наличии тока. На рис. пики вблизи основных интерфейсов лазера (два погоризонтальная пунктирная линия обозначает уровень ложительных и один отрицательный пик). Такие пики потенциала в 45 мВ, измеренный стандартным вольметуказывают на более эффективный захват фотоносителей ром на n-контакте непосредственно. Значения же пона поверхность вблизи интерфейсов. Это интересное тенциала поверхности подложки, согласно профилю 2, поведение сигнала требует более детального изучения, составляют 280 мВ вблизи p-i-n-перехода и 120 мВ что предполагается осуществить в отдельной работе.

при удалении от него на 45 мкм.

Профиль SPV, представленный на рис. 4 заполненБыло интересно определить привязку области повыными квадратами, получен на зеркале лазерного диода, шенного потенциала поверхности подложки на лазерном зеркале. Для этого был исследован лазер с 3 мкм меза-контактом. На рис. 3 показано изображение SVDсигнала, наложенное на топографию лазерного зеркала.

Данные получены при величине прямого тока, близкого к пороговому. Серая шкала в изображении сигнала SVD настроена так, чтобы выделить границу, вдоль которой его уровень составляет 200 5 мВ. Эквипотенциальная линия, приготовленная таким образом, очерчивает распространяющийся по сколу лазерного зеркала фронт. Он оказывается выпуклым и расходится от области мезаконтакта, показывая непосредственную ответственность активной области лазера за высокий потенциал подложки.

Для объяснения полученных результатов мы предпоРис. 4. Профили сигнала SPV на поверхности зеркала ложили, что инжекция носителей через лазерную струкInGaAs/AlGaAs/GaAs-лазерного диода в условиях короткого туру приводит к появлению на поверхности подложки замыкания и при протекании прямого тока. Положения основнеосновных дырок, уменьшающих начальный припоных слоев структуры на лазерном зеркале помечены отрезверхностный изгиб зон, что и регистрируется как рост ками с соответствующими обозначениями: 1 Ч p-эмиттер, сигнала. Усиление эффекта при приближении к активной 2 Ч i-волновод, 3 Ч n-эмиттер, 4 Ч n-подложка.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сканирующая кельвин-зонд-микроскопия утечки дырок из активной области... при протекании через него тока по величине, близкой предположение об ответственности активной области за к пороговому значению. Обращает на себя внимание появление носителей на поверхностни зеркала.

На рис. 5, a представлена зависимость сигнала SPV сильное подавление сигнала SPV на эмиттерах лазера, а также на всей поверхности n+-подложки. В частно- от плотности тока через лазерный диод. Данные были сти, даже на расстоянии 40 мкм от середины p-i-n- получены над n+-подложкой, в 20 мкм от i-волновода.

В отсутствие тока через диод сигнал SPV имеет уровень перехода сигнал SPV все еще подавлен, хотя и меньше, 115 мВ, что согласуется с данными на рис. 4. Возникночем вблизи перехода, и составляет уже 30 мВ. Зазор вение и рост тока через структуру вызывает убывание в 80 мВ между этим уровнем и уровнем сигнала при значений SPV, но не сразу, а начиная с токов порядка короткозамкнутом p-i-n-переходе обозначен как.

1А/см2. Это ожидаемый эффект, так как, чтобы заметно Величина практически совпадает со значением подавить сигнал SPV, число выходящих на поверхность на рис. 2, что не случайно и будет объяснено при носителей утечки должно стать сопоставимым с числом обсуждении природы сигналов SPV и SVD. Подавление фоновых фотоносителей. Фоновые фотоносители создасигнала SPV на лазерном зеркале является непосредются светом АСМ-лазера системы оптической регистраственным следствием конкуренции появившихся инжекции отклонений кантилевера, что далее будет рассмотретированных неосновных носителей с фотоносителями.

но подробнее. Важно отметить, что сигнал SPV с ростом Ослабление подавления сигнала SPV при удалении тока насыщается на определенном уровне (в нашем от p-i-n-перехода подтверждает и высказанное ранее случае 25 мВ). Наступление насыщения совпадает с установлением режима генерации в лазере. Это говорит о том, что число дырок, выходящих на поверхность, перестает расти, и имеет место стабилизация утечки носителей из активной зоны. Этот эффект можно ожидать, поскольку число таких дырок связано с плотностью носителей в активной области. Так как при генерации лазера положение уровня Ферми в активной области фиксируется [11], т. е. концентрация инжектированных носителей становится постоянной, то и утечка таких носителей должна стабилизироваться.

Стабилизация утечки дырок из активной области наблюдается также и в зависимостях сигнала SVD от тока через лазерный диод. На рис. 5, b приведены данные SVD, измеренные в 10 мкм от i-волновода при импульсном питании лазера. Импульсная схема питания применялась для устранения температурных нестабильностей при измерениях и позволила продвинуться в область токов, значительно превышающих пороговые значения.

Как видно из рисунка, при достижении током порогового значения jThr сигнал SVD стабилизируется на уровне 60 мВ и сохраняется постоянным при дальнейшем росте тока.

4. Обсуждение результатов Приведенные выше исследования работающих лазерных диодов выявили расхождение между значениями SVD, измеренными на участке зеркала, отвечающем хорошо проводящей и заземленной n+-подложке, и Рис. 5. a Ч зависимость амплитуды SPV от плотности прямозначениями BVD, смоделированными численно. Сопого тока через прибор, измеренная над n+-подложкой на удалеставление распределений сигналов SVD и SPV по понии 20 мкм от места выхода на лазерное зеркало i-волновода верхности лазерного зеркала, а также зависимостей их InGaAs/AlGaAs/GaAs-диода. Пунктиром показана расчетная локальных значений от тока через диод показали, что аппроксимация, полученная согласно выражению (8). b Чзаэто расхождение вызвано появлением на поверхности висимость амплитуды SVD от плотности прямого импульснеосновных дырок, меняющих приповерхностный изгиб ного тока через прибор, измеренная над n+-подложкой на зон. Дырки выходят на поверхность в области волновода расстоянии 10 мкм от i-волновода; длительность импульсов и затем распространяются вдоль поверхности зеркала на 200 нс, период следования 40 мкс; под пунктирной горизонбольшие расстояния. Для выполнения количественного тальной линией, отмечающей уровень насыщения сигнала SVDSat 60 мВ, приведена также оценка плотности тока утеч- анализа результатов далее проводится моделирование = ки, соответствующая этому уровню. сигналов SPV и SVD.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 1014 А.В. Анкудинов, В.П. Евтихиев, К.С. Ладутенко, А.Н. Титков, R. Laiho Как правило, знак полного заряда на поверхностных при энергии кванта света 2 эВ дает оценку максималь состояниях полупроводника совпадает со знаком заряда ной плотности фототока jHeNe на уровне 5A cм-2.

= основных носителей. Поэтому в полупроводнике n-типа Воспользовавшись значением SR = 106 см c-1 [13], наHeNe к поверхности притягиваются неосновные дырки. При ходим 1014 см-3, что на 4 порядка меньше, чем открытии лазерного диода внутреннее электрическое плотность носителей в проводящих частях изученных поле компенсируется полем, приложенным извне, воз- лазеров ( 1018 см-3). Таким образом, анализ результаникает инжекционный ток, и в i-области, состоящей из тов эксперимента с помощью (1) имеет смысл.

активной зоны и волновода, появляется большое чис- Сигнал SVD над заземленной n+-подложкой задаетло свободных дырок и электронов. Неосновные дырки ся только изменением изгиба зон. Выразим его через могут выходить на поверхность сразу из i-области (по- разность значений Y на зеркале лазера в условиях верхностный канал) и после проникновения в n-эмиттер прямо смещенного Y1 и короткозамкнутого диода Y2.

(объемный канал), например, при туннелировании или Применив (1) и учитывая, что SVD = Y1 - Y2, получаем надбарьерном возбуждении. С ростом тока число неравLeak AFM SVD = ln 1 + /. (2) новесных носителей в i-области может достигать больших значений, что практически нивелирует приповерхАналогично для сигнала SРV, измеряемого в условиях ностный изгиб зон в i-области и существенно повышает Y3 смещенного лазерного диода при включенном HeNeвероятность утечки носителей по поверхностному калазере, т. е. SPV = Y3 - Y1, получаем налу. Действительно, существующий приповерхностный SPV = ln 1 + HeNe Leak AFM +. (3) изгиб зон в эмиттерах и подложке формирует электрическое поле, направленное вдоль поверхности, которое Выражение (2) позволяет представить форму профиля вытягивает дырки из i-области в сторону подложки.

SVD при действии только объемного канала утечки Независимо от того, какой канал используют дырки дырок и i-области. Пусть дырки попадают в n-эмиттер для утечки, их захват на поверхность делает ее потени далее диффундируют в подложку. Тогда плотность циал положительным. Обозначим в подложке расстоя- Leak дырок должна экспоненциально спадать по мере ние x до i-волновода, введем плотности дырок утечки продвижения в n-часть диода [15]:

Leak HeNe AFM (x), а также дырок и, рожденных Leak (x) =pn(x) - pn p(i/n) exp(-x/LD), (4) светом внешнего HeNe-лазера и АСМ-лазера систе- 0 n мы оптической регистрации отклонений кантилевера.

где pn(x), pn Ч неравновесная и равновесная плотность Красный свет АСМ-лазера не полностью задерживается дырок в n+-подложке; pi/n Ч концентрация дырок на n кремниевым зондом [12]. Прошедший свет поглощается n-границе p-i-n-перехода, LD Ч диффузионная длина слоями лазерного диода под зондом, что создает фонодырок в n-материале. Подставляя (4) в (2), получаем AFM вые фотоносители. Простые соотношения между Leak HeNe сигналами SVD и SPV и величинами (x), и [SVD(x) - SVD(0)] -x/LD. (5) AFM получаются в рамках теории поверхностного фоЛинейная связь (5) выполняется при соблюдении сотонапряжения [13,14]. Выразим изменения изгиба зон Y Leak AFM отношения, которое позволяет прене(в вольтах), индуцированные внешним освещением, а бречь единицей в аргументе логарифма выражения (2).

также выходом на поверхность неосновных носителей На рис. 2 сигнал верхнего профиля действительно убыза счет иных механизмов, как вает линейно на отрезке 0 x 20 мкм. Описывая его Y = ln( / ), (1) с помощью выражения (5), имеем оценку LD 3мкм.

Эта величина не согласуется с литературными данными, где -1 = BT /qe 25 мВ; Ч неравновесная плот= согласно которым в хорошо проводящем n-GaAs у дырок ность неосновных носителей у поверхности, Ч LD не превышает 1 мкм [16]. Отсюда можно сделать константа, зависящая от параметров полупроводника.

вывод, что возможный уход дырок в n-эмиттер по крайВеличина учитывает вклады всех действующих факней мере не является доминирующим каналом утечки, торов. Например, если идет инжекция через p-i-nа форма профиля SVD в сильной степени определяетпереход и одновременно включены HeNe- и AСМся механизмом распределения дырок в поверхностном Leak HeNe AFM лазеры, то = + +. Логарифмическая канале утечки.

зависимость (1) верна, когда мала по сравнению Оценим, используя (3) и данные эксперимента, верхс числом основных носителей [14]. Рассмотрим близнюю границу для фонового поверхностного фототока кий к условиям эксперимента случай, когда число AFM jAFM, связанного с фоновой концентрацией. В конеосновных носителей, создаваемое при поглощении Leak роткозамкнутом диоде = 0, так что можно записать света HeNe-лазера, превышает все остальные вклаHeNe AFM HeNe ды. Оценим по току поверхностной рекомбинаjAFM/ jHeNe = / ции фотоносителей, уравновешивающему фототок jHeNe:

=[exp( SPV(0)) - 1]-1. (6) HeNe jHeNe qe SR , где qe Ч заряд электрона, a = SR Ч скорость поверхностной рекомбинации [13]. Плот- Согласно данным на рис. 5, a, SPV(0) =115/ность фотовозбуждения не превышала 10 Вт cм-2, что = 4.6. Подставляя это значение в (6), получаем Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Сканирующая кельвин-зонд-микроскопия утечки дырок из активной области... HeNe Leak AFM jAFM 10-2 jHeNe. Как было отмечено, максимально ставляя 30 мВ в (3), получаем /( + ) = возможный фототок jHeNe составлял 5 A см-2, что 2.3. На рис. 2 и 4 отмечены значения = SVD( j) соответствует 0.05 A см-2 для jAFM. Полученное зна- 75 мВ и = SPV(0) - SPV( j) 80 мВ. Используя чение согласуется также со значениями jAFM, измерен- (9), находимBVD( j) - = -5 мВ, т. е. эксперимен= ными непосредственно с помощью стандартного кремни- тально демонстрируется практическое отсутствие падеевого фотодиода, прикрытого диафрагмой с диаметром ния напряжения в подложке, что и должно иметь место отверстия, существенно меньшим, чем ширина канти- для хорошо проводящего сильно легированного GaAs.

Leak AFM левера, а также с вычислениями для эффекта АСМПри малых токах и выражение (9) упролазера [12].

щается в соотношение BVD( j) SVD( j). Сравним про= Преобразуем выражение (3) для моделирования эксфили 1 и 2 на рис. 1, d c соответствующими профилями периментальной зависимости на рис. 5, a при инжекна рис. 1, c. Модельные профили с учетом приборного ционных токах меньше порогового. Для этого свяжем уширения фактически совпадают с экспериментальными, плотность тока утечки, направленного к поверхности, с т. е. при малых прямых токах, а также при запирающих полным током через диод как jLeak = k j, где коэффицилазер смещениях SVD-сигнал отражает распределение ент k характеризует локальную утечку. Соотнесем также приложенного напряжения в объеме структуры.

Leak HeNe величины, с полным током через диод j:

Для изученных образцов стоит отметить роль фоновой засветки от красного АСМ-лазера, за счет коLeak HeNe jLeak/ jHeNe = / = k j/ jHeNe = j;

торой расширяется диапазон токов, когда данные SVD и BVD не расходятся. Согласно выражению (2), при = k/ jHeNe. (7) Leak AFM / 1 в области n+-подложки должно наблю Используя соотношения (6) и (7), приведем выражение даться SVD 0, т. е. при более высокой фоновой концен= AFM (3) к удобной форме с одним подгоночным параметтрации дырки, ускользающие из активной области, ром :

не меняют приповерхностный изгиб зон в подложке.

С другой стороны, ожидается сильное отличие между - SPV( j)= ln 1+ {exp[ SPV(0)] - 1}-1 + j.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам