ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В GaAs
ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ СТРУКТУРАХ
К.ф.-м.н. Д.Мелебаев, А.Языева,
Ключевые слова:Барьеры Шоттки, химическое осаждение,
фотоплеохроизм, фоточувствительность, линейно-поляризованных
излучения,Au-n-GaAs, фотоанализаторы.
Барьеры Шоттки (БШ) на основе арсенида галлия (GaAs) остаются одним из наиболее перспективных структур для разработки приборов, используемых в современной микро- и оптоэлектронике [1-3].
В настоящей работе представлены экспериментальные результаты выполненных исследований в фотоэлектрических процессов в поверхностно-барьерных структурах (барьерах Шоттки) Au-n-GaAs в линейно-поляризованном излучении (ЛПИ). С целью обеспечения фоточувствительности таких структур к ЛПИ изучалось наклонное падение излучения на приемную плоскость структур, которое сопровождается возникновением наведенного фотоплеохроизма [4]. Наведенный фотоплеохроизм возникает как в анизотропных, так и в изотропных полупроводниковых кристаллах [5, 6]. В данной работе объектом исследования послужили изотропные барьерные структурыAu-n-GaAs.
Барьеры создавались на пластинах GaAsс кристаллографической ориентацией (100) и концентрацией свободных электронов, указанной в таблице. На одной стороне пластин химическом методом осаждался барьерный контакт из золота (Au), а на другой стороне омический контакт (In+30%Te). Омический контакт к n-GaAs изготавливался вплавлением сплава содержащего 97% In+3% Te, в атмосфере водорода при температуре около 500 в течение около 5 мин. Полупрозрачный барьерный контакт (БК) создавался химическим осаждением слоя золота при 300 и водного раствора HAuCl4 (4g/l)+HF (100ml/l) по методике [7]; толщина слоя золота была 100-150. Площадь БК у разных структур составила . Фотоприемник работали в режиме фотоэлемента.
На основе анализа электрических и фотоэлектрических свойств БШ определялись параметры кристаллов GaAs; концентрация свободных электронов , энергия прямых межзонных переходов , а оценивались параметры энергетических диаграмм БШ: ширина слоя объемного
заряда,максимальное электрическое поле при нулевом смещении и высота барьера Шоттки . Измерялась также зависимость прямого темнового тока I от напряжения U. Из этого выражения определялся коэффициент идеальности структуры .
Электрические и фотоэлектрические параметры
cтруктурAu-n-GaAs при T=300K
№ | Nd-Na, cm-3 | W0, mkm | Emo, W/cm | β | qφBo, eV (C-U) | qφBo, eV (Ifo-hν) |
1 | 2,2·1016 | 0,255 | 7,1·104 | 1,10 | 0,98 | 0,87 |
2 | 3·1017 | 0,062 | 2.8·105 | 1,09 | 0,90 | 0,89 |
3 | 3·1016 | 0,260 | 8.5·105 | 1,08 | 0,91 | 0,89 |
Рис. 1. Зависимость дифференциальной ёмкости от
напряжения смещения БШ Au-n-GaAs (1, 2). Здесь и далее
номера образцов указаны у кривых и соответсвует таблице.
Фотоэлектрические исследования свойств БШ Au-n-GaAs в области спектра выполнялись под действием как естественного, так и поляризованного изучения. При освешении структур естественным излучением со стороны контактатоковая фоточувствительность достигала максимальных значений SI=80 мА/Вт вблизи энергии фотонов ħω=1.48 эВ (300 K) и характеризовалась плавным положением в глубине фундаментального поглощения GaAs с ростом энергии фотонов. Длинноволновой край фоточувствительности экспоненциальный с крутизной S=50 эВ-1 и отвечает наступлению межзонных прямых переходов в GaAs при T=300K [2].
При наклонном падении линейно-поляризованного излучения на поверхность барьерного контакта возникал поляриметрический эффект, обусловленный неэквивалентным прохождением излучением разных поляризаций границы воздух-приемная плоскость структуры [5]. Это проявилось в том, что при углах падения излучения θ0 фототок в поляризации // плоскости падения -IIIIIво всей области фоточувствительности исследованных структур. В угловой зависимости поляризационной разности фототоков I=IIIIIв окружности θ60 проявляется четкий максимум, свидетельствующий о том, что зависимости III(θ) и II(θ) качественно описываются соотношениями Френеля для оптических процессов на границе контактирующих сред.
Коэффициент фотоплеохроизма с увелечением угла падения (рис. 1, кривые 2, 3) растет по квадратичному закону в соответствии с результатами анализа[5, 6]. Максимальная величина, наблюдаемая при θ=80, согласно [6], отвечает эффективному показателю преломленияn=3.2, что близко к известному значению для GaAs. На этом основании можно предположить, что основной вклад в анизотропию прохождения световой волной вносят процессы на поверхности полупроводника. Характер угловых зависимостей и I оказался нечувствительным к способу нанесения слоя.
Спектральный контур поляризационной разности фототоков (рис. 2, кривая 1), в общем, отвечает характерному для спектрального контура фототока структуры в естественном излучении.
Рис. 2. Зависимости поляризационной разности фототока (1) и фотоплеохроизма (2, 3) от угла падения линейно-поляризованного излучения на приемную плоскость структуры Au-n-GaAs.T=300K, λ=0.86 мкм.Способ нанесение барьера: 1, 2 – химические осаждения, 3 – вакуумное напыление.
Энергетическое положение четкой ступеньки в спектральной зависимостиI согласуется с значением ширины запрещенной зоны GaAs, тогда плавным коротковолновой спад I указывает на усиление роли рекомбинации в приповерхностном слое GaAs по мере локализации области поглощения излучения вблизи межфазной границы металл-полупроводник.
Рис. 3. Спектральные зависимости поляризационной разности
фототока (1) и фотоплеохроизма (2) структуры Au-n-GaAs.
T=300K,θ=80. На вставке представлена схема эксперимента.
Барьер получен химическим осаждением.
Спектральная зависимость коэффициента фотоплеохроизма структур Au-n-GaAs характеризует наведенный поляриметрический эффект как не селективный и наблюдаемый в пределах всей области фоточувствительности (рис. 3, кривая 2). Эта закономерность согласуется с выводами [6].
Главным параметром поляриметрического детектора является его азимутальная фоточувствительность[4] ФI=2· SI·P. Из рис. 3 можно видеть, что при фиксированном угле падения в полученных структурах Au-n-GaAs максимальная величина Ф(θ=80) достигается в окрестности энергий фотонов 1.48-1.55 эВ и составляет ФI=0.1-0.13 А/Вт·град. Таким образом, поверхностно-барьерные структуры на основе GaAs могут служить в качестве широкополосных фотоанализаторов линейно-поляризованного излучения.
Список литературы
Alferov Z.I., “The semiconductor revolution in the 20th century”, Russian Chemical Reviews, vol. 82(7), pp. 587-596, November 2013.
Арсенид галлия в микроэлектронике. Под ред. Н. Айнспурка, У. Уиссмена, М.: Мир, 555с. (1988).
Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ.; под. ред. Р.А. Суриса. М.: Мир, 456с. (1984).
Конников С.Г., Мелебаев Д., Рудь Ю.В. Поляриметрический эффект в GaPxAs1-x поверхностно-барьерных структурах // ФТП.- 1991. – Т.27, вып.5.
- С. 757-761.
Кесаманлы Ф.П., Рудь В.Ю., Рудь Ю.В. Естественный фотоплеохроизм в полупроводниках // ФТП, 1996, том. 30. Вып. 11., - С. 1921-1942.
Konnikiv S.G., Rud V.Yu, Rud Yu.V., Melebaev D., Berkeliev A., Serginov M., Tilevov S. Photopleochroism of GaPxAs1-xSurface-Barrier Structures. Jpn.J. Appl. Phys. 1993, 32, 515-517.
Мелебаев Д., Мелебаева Г.Д., Рудь В.Ю., Рудь Ю.В. Фоточувствительность и определение высоты барьеров Шоттки в структурах Au-n-GaAs. // ЖТФ, 2008, том 78, вып.1, -С. 137-142.
D.Melebayev, A. Yazyeva.
Polarimetric effect in GaAs surface-barrier structures.
Key words: Schottky barriers, chemical deposition,photopleochroism,
photosensitivity,linearly polarized radiation, Au-n-GaAs, photoanalyzers.
