ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВАРИЗОННЫХ ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ ДИОДОВ Au-n-Ga1-XAlXAs В ОБЛАСТИ СПЕКТРА 1,4-5,2 eV

КАРТОЧКА УЧАСТНИКА

КАРТОЧКА УЧАСТНИКА

КАРТОЧКА УЧАСТНИКА

УДК 621.315.592

ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВАРИЗОННЫХ

ПОВЕРХНОСТНО-БАРЬЕРНЫХ ДИОДОВ

Au-n-Ga_1-XAl_XAs В ОБЛАСТИ СПЕКТРА 1,4-5,2 eV

К.ф.-м.н. Д. Мелебаев¹, И. Илмырадов¹, С. Мырадов²

¹Туркменский госдарственный университет им. Махтумкули,

Ашхабад, Туркменистан, dmelebay1946@gmail.com

² Институт телекоммуникаций и информатики Туркменистана,

Ашхабад, Туркменистан

Ключевые слова: Фоточувствительность, фотоприемник, ширина запрещенной

зоны, барьеры Шоттки, химическое осаждение, золота, Au-n-Ga_1-XAl_XAs.

Полупроводниковые гетероваризонные барьерные структуры на основе многокомпонентных твердых растворов в настоящее время широко используются для создания различных оптоэлектронных приборов [1-3]. Интенсивное исследование полупроводниковых гетероструктур на основе варизонных кристаллов А³В⁵ существенно расширило возможности использования варизонных поверхностно-барьерных (m-s) структур, на которых созданы различные принципиально новые устройства, такие как селективные, полосовые фотоприемники [4, 5] и оптоспектрометрические элементы [6]. Изучение фотоэлектрических свойств поверхностно – барьерных структур (барьеров Шоттки) на основе эпитаксиальных варизонных слоев Ga_1-xAl_xAs представляет научно-практических интерес как с точки зрения расширения функциональных возможностей фотоэлектрических фотоприемников, так и изучения свойств твердых растворовGa_1-xAl_xAs в области перехода металл-полупроводник.

В данной работе были получены варизонные эпитаксиальные

Ga_1-xAl_xAs/GaAs слои и поверхностно-барьерные фотоприемники на их основе (рис. 1а). Активные варизонные слои n-Ga_1-xAl_xAs с общей толшиной Z=80-90mkm выращивались методом жидкофазной эпитаксии на подложках n-GаAs (100) по методике [7]. Все изготовленные эпитаксиальные слои Ga_1-xAl_xAs были n – типа.

Состав твердых растворов n-Ga_1-xAl_xAs, выращенных на подложке n-GaAs был определен микрорентгеноспектральным методом (ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН) на микроанализаторе САМЕСА при прохождении электронного зонда по сколу эпитаксиального слоя. В эпитаксиальных слоях Ga_1-xAl_xAs содержание AlAs(х) было наибольшим на границе слой-подложка. И при различных X₀ на границе составляло 0,35 – 0,58 и плавно уменьшалась в направлении от подложки. На поверхности слоя X_s составляло 0,02 – 0,08 (рис.1).

Конструктивная схема m-s-структур и условия освещения представлены на рис. 1 а,б. На этом типе m-s-структур (рис. 1а) барьерных контакт нанослой золото (Au) расположен на узкозонной поверхности варизонного кристалла

n-Ga_1-xAl_xAs. На подложке n-GaAs создан двухслойный омический контакт (Ni+Au).

На узкозонной поверхности варизонного кристалла n-Ga_1-xAl_xAs барьерный контакт формировалься химическим осаждением слоя золото при 300 K из водного раствора HАuCl₄ (4g/l) +HF (100 ml/l) по методике [8]. Толщина нанослоя золота составляла 10-15 нм.

Рис.1. Конструктивная схема фотоприемника (a) и

энергетическая диаграмма m-s-структур (b).

Измерялись вольт амперные (I-U),вольт-емкостные (С-U) характеристики и спектр фототока короткого замыкания (I_f0-hν). На основе анализа электрических и фотоэлектрических свойств Au-n-Ga_1-xAl_xAs-n-GaAsповерхностно-барьерных структур для случая, когда d>W₀+L_p,определены основные параметры n-Ga_1-xAl_xAs слоев: концентрация основных носителей заряда N_d-N_a,энергия прямых оптических переходов E₀, диффузионная длина неосновных носителей заряда. Также определены параметрыm-s-структур: ширина слоя обьемного заряда W₀,максимальная напряженность электрического поля Em₀,коэффициент идеальности β, высота потенциального барьера qφ_B0 приведены в таблице

Таблица. Au˗n˗Ga_1˗×Al_×As˗n^'˗GaAs (d>W_o+L_p). T=300 K

1.Исследование зависимости дифференциальной емкости С варизонных Au-n-Ga_1-xAl_xAs структур от напряжения U при комнатной температуре показало, что при U=+0,4-3В (рис.2). По напряжению отсечки можно считать, что содержания альюминия на образующей межфазную границу металл-полупроводник поверхности Ga_1-xAl_xAs находится в разных структурах в интервале значений от 0,1 до 0,45. Высота потенцтального барьера структур Au-n-Ga_1-xAl_xAs при этом находится в диапазоне от 1,03 до 1,47 эВ 300К.

Рис.2. зависимость емкости от напряжение

на варизонных поверхностно-барерьных структур

Au-n- Ga_1-xAl_xAsпри комнатной температуре Х_S:

1 - 0,06; 2 - 0,13; 3 – 0,16; 4 – 0,32;

2. При освещении варизонных поверхностно-барьерных структур Au-n-Ga_1-xAl_xAs со стороны полупрозрачного металла спектр фототока при соблюдении условииd W₀+L_pвсегда оказывается широкополосным (рис. 3. кривые 1-4), как и в случае гомозонных поверхностно-барьерных структур. Из полученных результатов следует, что фототок структур при энергиях фотонов, больших высоты потенциального барьера (q), но меньших ширины запрещенной зоны твердого раствора Е_g, обусловлен фотоэмиссией электронов из металла в полупроводник и поэтому его зависимости в координатах для всех исследованных структур оказываются линейными, т.е. функциально соответствуют закону Фаулера .Высота потенциального барьера отождествлялась с = = при экстраполяции линейного участка к значению =0. Высота потенциального барьера в структурах Au-n-Ga_1-xAl_xAs, как следует из полученных результатов, зависит от содержания альюминия на образующей m-s-переход поверхности слоев, а определенные для разных составов величины приведены в таблице.

Рис.3. Зависимость фототока короткого замыканияот энергии фотонов для варизонных m-s-структур Au-n-Ga_1-xAl_xAs (1-4).

X_s: 1-0,21, 2-0,34, 3-0,38, 4-0,45.

Фототок приведен к равному числу падающих фотонов.

3. Согласно полученном здесь результатам, есть основания считать, что фоточувствительность м-s-структур на основе варизонных твердых растворовGa_1-xAl_xAs, как в длинноволновой ( Е_g), так и в коротковолновой части спектров ( Е₀) определяется содержанием альюминия на образующей контакт металл-полупроводник свободной поверхности эпитаксиальных варизонных слоев Ga_1-xAl_xAs(рис.3). С ростом содержания альюминия на свободной поверхности слоев твердых растворов (х_s) в диапазоне от 0,21 до 0,45 красная границафоточувствительности структур задается шириной запрещенной зоны полупроводника и с ростом х_s закономерно смещается в сторону увелечения энергия фотонов причем энергетическое положение максимумафоточувствительности () также сдвигается в коротковолновую область спектра изменяясь в интервале от 2,4 до 2,8 эВ (рис.3, кривые 1-4).

4. Как видно из рис.3, фототок варизонных поверхностно-барьерных структур Au-n-Ga_1-xAl_xAs в ультрафиолетовой области спектра оказывается слабо зависимым от энергии падающих фотонов. Необходимо также подчеркнуть, что при энергиях фотонов Е₀ фототок с ростом энергии фотонов вначале возрастает и при = обычно достигает максимальных значений.Анализ параметров структур показал, что наиболее высокая коротковолновая фоточувствительность в структурах Ga_1-xAl_xAs достигается для составов х_s=0,34-0,38 (рис.3).

Таким образом при оптимальной толщине Au подбирая толщину слоя dW₀+L_p и N_d-N_a в области контакта металл-полупроводник на основе диодов Шоттки Au-n-Ga_1-xAl_xAs можно создать высокоэффективные фотоприемники для ультрафиолетовой оптоэлектроники.

В заключении авторы выражает благодарность С.Г.Конникову за внимание к работе за микрорентгеновские измерения.

Список литературы

Алферов Ж.И. Физика и жизнь. –М.: СПБ.: Наука. 2001. -288с.

Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А. Полупроводниковые фотопреобразователи для ультрафиолетовой области спектра // ФТП. -2003, -Т.37, Вып.9, -С.1025-1055.

Мелебаев Д. Гигантская фоточувствительностьAu-Ga₂O₃(Fe)-n-GaP наноструктур в УФ области спектра // Инженерный журнал «Нанотехнология» Россия, Москва, 2014. №2(38). с.106-109.

Мелебаев Д. Селективные фотоприемники на варизонных кристаллах GaP_xAs_1-x с барьером Шоттки. Труды XII Международная научно-практическая конференция «Современные информационные и электронные технологии». Украина, Одесса, -2011г.,

-с.317.

Мелебаев Д., Аннаоразов Ч.А., Сейидов П. Полосовые фотоприемники на основе варизонных структур Au-n-Ga_1-xAl_xAs/n’-GaAs с разнодолинным

Г-Х-переходом // Тр. Международная конф. «Прикладная оптика - 2018», 18-21 декабря 2018, Санкт-Петербург. стр. 105-109.

Melebaev D., Merdanov M., Myradova A., Shottky barrier optical spectrometer on graded-GaP semiconductors. Vol.2 №36 (63) (2021) National Assocaition of Scientists.DOI:10.31618/NAS.2413-5291.2021.2.63.

Мелебаев Д. Фотоэлектрические явления в структурахAu-Ga_1-xAl_xAs с разнодолинным Г-Х-переходом // МатериалыV МНК «Физико-химические основы формирования и модификации микро- и наноструктур». Украина. Харьков, -2011, -том.2, с. 487-493.

Мелебаев Д., Мелебаева Г.Д., Рудь Ю.В., Рудь В.Ю. Фоточувствительность и определение высоты барьеров Шоттки в структурахAu-n-GaAs // ЖТФ, -2008, -Т.78. №1, -С.137-142.

D.Melebayev, I.Ilmyradov, S.Myradov

Photosensitivity of graded-gap Au-n-Ga_1-XAl_XAs surface-barrier

diodes in the spectral reegion 1.4-5.2 eV.

Key words: Photosensitivity, photodetectors, bandgap, Schottky barriers,

chemical deposition, gold, Au-n-Ga_1-XAl_XAs