┌VOD
ááááááá Akustoelektrick² jav na svetlom generovanom rozhranφ vo vysokoodporovom GaAs polovodiΦi je efektφvnou met≤dou pri Üt·diu hlbok²ch centier [1], ktorΘ hraj· d⌠le₧it· ·lohu v polovodiΦoch pou₧φvan²ch v optoelektronick²ch s·Φiastkach. Tßto met≤da v spojenφ s technikou akustickej tranzientnej spektroskopie (A-DLTS) [2] m⌠₧e poskytn·¥ dodatoΦn· informßciu o charaktere hlbok²ch centier vo vysokoodporov²ch polovodiΦoch Ütudovan²ch in²mi technikami [2-5].
V predlo₧enej prßci sa popisuje technika akustickej tranzientnej spektroskopie vyu₧φvaj·ca nehomogenity vytvorenΘ nerovnomern²m osvetlenφm vysokoodporovΘho GaAs. V zßvislosti na tvare rozhrania nehomogenity, orientßcii prilo₧enΘho vf elektrickΘho po╛a m⌠₧e by¥ na nej generovanß pozdσ₧na (L), r²chla prieΦna (T1), pomalß prieΦna (T2) alebo povrchovß akustickß vlna (SAW) [6].
Zßkladnß myÜlienka pou₧itej akustickej tranzientnej techniky spoΦφva v anal²ze amplit·dy detekovanΘho akustoelektrickΘho signßlu generovanΘho rozhranφm nehomogenity pri nalo₧enφ vf po╛a po vypnutφ osvetlenia, Φφm sa sleduje Φasovß zmena koncentrßcie nerovnovß₧nych nosiΦov nßboja pri prechode z nerovnovß₧neho stavu do stavu termodynamickej rovnovßhy. RelaxaΦnΘ procesy prebiehaj·ce pri nßvrate sk·manΘho systΘmu do stavu termodynamickej rovnovßhyá s· pritom doprevßdzanΘ zapl≥ovanφm alebo vyprßzd≥ovanφm pascφ tvoren²ch hlbok²mi centrami.
Pri Üt·diu hlbok²ch centier vo vysokoodporovom GaAs boli vyu₧itΘ r⌠zne akustickΘ vlny s r⌠znymi polarizßciami a smerom Üφrenia, priΦom bola aplikovanß technika akustickej tranzientnej spektroskopie (A-DLTS) a zφskanΘ A-DLTS spektrß s· vzßjomne porovnßvanΘ.
ááááááá
EXPERIMENT┴LNY PRINC═P
ááááááá
ááááááá Osvetlenß Φas¥ vysokoodporovΘho polovodiΦa slabo absorbovan²m svetlom vhodnej vlnovej dσ₧ky produkuje vo╛nΘ nosiΦe nßboja. Uvo╛nenΘ nosiΦe menia v osvetlenej Φasti polovodiΦa obsadenie zßchytn²ch centier bu∩ ich vyprßzdnenφm alebo zaplnenφm. Ke∩₧e nerovnovß₧ne nosiΦe m⌠₧u migrova¥ z osvetlenej Φasti polovodiΦa do neosvetlenej Φasti, zmenφ sa elektrickß neutralita v polovodiΦi a to vedie k vytvoreniu oblasti nehomogΘnneho priestorovΘho nßboja vytvßraj·cej elektrickΘ pole. Po vypnutφ osvetlenia systΘm prechßdza z nerovnovß₧neho stavu do stavu termodynamickej rovnovßhy.
Koncentrßcia nosiΦov nßboja vo vodivostnom pßsme je urΦenß koncentrßciou rovnovß₧nych nosiΦov nßboja n0 a nerovnovß₧nych nosiΦov nßboja Dn. Pre Φasov· zmenu nerovnovß₧nych nosiΦov nßboja platφ [7]
áá ,áááááááááááááááááááááááá (1)
kde
ápredstavuje zmenu obsadenia hlbok²ch centier
v d⌠sledku akustoelektrickΘho po╛a a t je Φasovß
konÜtanta s·visiaca s uvo╛nen²mi nßbojmi z hlbok²ch centier po
vypnutφ osvetlenia. Amplit·da detekovanΘho akustoelektrickΘho signßlu, ktorß je
·mernß koncentrßcii nerovnovß₧nych nosiΦov, sleduje po vypnutφ osvetlenia
Φasov· zmenu koncentrßcie nerovnovß₧nych nosiΦov nßboja pri prechode
z nerovnovß₧neho stavu do stavu termodynamickej rovnovßhy.
Vyu₧itφm dobre znßmeho vz¥ahu vyjadruj·ceho teplotn· zßvislos¥ relaxaΦnΘho Φasu charakterizuj·ceho akustickΘ tranzienty [7], m⌠₧eme potom urΦova¥ aktivaΦn· energiu, hustotu pascφ a prφsluÜnΘ ·ΦinnΘ prierezy.
ááááááá
EXPERIMENT┴LNE V▌SLEDKY
ááááááá Experimentßlne zariadenie a princφp A-DLTS ako i technick² popis poΦφtaΦovΘho vyhodnotenia izotermick²ch akustoelektrick²ch tranzient pou₧it²ch v tejto prßci pre zistenie parametrov hlbok²ch centier boli u₧ popφsanΘ sk⌠r [2,8].
Obr. 1. VyÜetrovanie vysokoodporovΘho Cr-dopovanΘho GaAs prieΦnymi (T1,2), pozdσ₧nymi (L) [a] a povrchov²mi akustick²mi vlnami (SAW) [b]
Na vyÜetrovanie vysokoodporovej Cr dopovanej GaAs vzorky pripravenej CzochralskΘho LEC met≤dou o rozmeroch 18x12,5x55 mm3 bol pou₧it² sveteln² excitaΦn² impulz Üφrky 200 ms, ktor² bol generovan² pomocou infraΦervenej LED di≤dy s maximom pri vlnovej dσ₧ke 900 nm.
R²chle a pomalΘ prieΦne akustickΘ vlny (T1 a T2) ako i pozdσ₧ne akustickΘ vlny (L) frekvencie 13 MHz boli generovanΘ vyu₧itφm akustoelektrickΘho efektu na svetlom vytvorenej priestorovej nehomogenite nßboja pomocou dvoch elektr≤d napßjan²ch vf generßtorom vytvßraj·cim elektrickΘ pole v smere <110>. Na detekciu akustoelektrickΘho signßluá (AES) sa pou₧φval prieΦny, resp.áá pozdσ₧ny kremenn² meniΦ. PovrchovΘ akustickΘ vlny (SAW) frekvencie 5 MHz boli generovanΘ v smere <001> a detekovanΘ pomocou interdigitßlneho meniΦa (IDM).
Obr. 2. A-DLTS spektrum Cr-dopovanΘho GaAs pre prieΦne (T1, T2), pozdσ₧ne (L) a povrchovΘ akustickΘ vlny (SAW)
Vyu₧itφm met≤dy poΦφtaΦovΘho vyhodnotenia izotermick²ch akustoelektrick²ch tranzient a pomocou algoritmu kompresie ·dajov [2] boli urΦenΘ A-DLTS spektrß a z Arrheniov²ch grafov t²chto spektier boli urΦovanΘ aktivaΦnΘ energie a zßchytnΘ prierezy hlbok²ch centier.
AktivaΦnΘ energie a zodpovedaj·ce ·ΦinnΘ prierezy urΦenΘ z Arrheniov²ch grafov s· zhrnutΘ v tabu╛ke 1.
áááááá áááááááááááááááá
Preh╛ad parametrov hlbok²ch centier detekovan²ch vo vysokoodporovom GaAs pre r⌠zne akustickΘ vlnyáááá TAB. 1.
|
Smer Üφreniaááááááááááááááá |
Polarizßcia |
HlbokΘ centrß |
|
|
|
|
E [eV] |
s[cm2] |
|
[110] |
[001] (T1) |
1.28 |
3.1x10-4 |
|
|
|
0.72 |
2.4x10-13 |
|
|
|
0.47 |
3.0x10-15 |
|
|
|
0.31 |
4.8x10-18 |
|
|
|
0.27 |
2.1x10-18 |
|
|
|
0.35 |
1.7x10-16 |
|
|
áá _ |
0.22 |
4.1x10-18 |
|
[110] |
[110] (T2) |
1.10 |
1.6x10-6 |
|
|
|
0.79 |
1.1x10-11 |
|
[110] |
[110] (L) |
0.77 |
1.7x10-11 |
|
|
|
0.32 |
2.5x10-17 |
|
[001] |
(SAW) |
0.71 |
1.6x10-9 |
|
|
|
0.36 |
1.9x10-16 |
ááááááá Viacero zφskan²ch energetick²ch hladφn hlbok²ch centier, ako u₧ bolo diskutovanΘ sk⌠r [1], je v zhode s hodnotami zφskan²mi in²mi technikami [9-11].
Porovnßvanie v²sledkov zφskan²ch pre r⌠zne akustickΘ vlny (T1, T2, L, SAW) generovanΘ na tej istej vzorke a vΣΦÜinou t²m ist²m rozhranφm (T1, T2, L) vÜak naznaΦuje, ₧e interakcia akustick²ch vσn a hlbok²ch centier zßvisφ do znaΦnej miery od smeru Üφrenia a polarizßcie generovan²ch akustick²ch vσn. S·Φasne generßcia niektor²ch akustoelektrick²ch signßlov (L, SAW) pre nepiezoelektrickΘ smery poukazuje, ₧e tßto met≤da je vhodnß aj pre inΘ vysokoodporovΘ polovodiΦe.
Ako ukazuj· zφskanΘ v²sledky, prakticky len centrß s energiami 0,31-0,36 eV, ktorΘ s· typickΘ pre GaAs dopovanΘ Cr [9,11], je mo₧nΘ pozorova¥ pri troch typoch akustoelektrickΘho signßlu (T1, L, SAW). Centrß s energiami vyÜÜφmi ako 0,72 eV boli pozorovanΘ pri in²ch troch typoch akustoelektrickΘho signßlu (T1, T2 a L). Centrum s energiou 0,71 eV bolo pozorovanΘ len vyu₧itφm povrchov²ch vσn (SAW). Toto centrum bolo zistenΘ u₧ sk⌠r inou SAW technikou a je tie₧ pripisovanΘ prφtomnosti Cr [12]. Je zrejmΘ, ₧e v d⌠sledku piezoelektrick²ch vlastnostφ vlastnosti GaAs je na prφtomnos¥ hlbok²ch centier najcitlivejÜφm akustoelektrick²m signßlom T1, ktor² pomohol identifikova¥ sedem r⌠znych hlbok²ch centier.
ááááááá ╧alÜie komplexnejÜie Üt·dium t²chto efektov a v spojenφ s in²mi technikami m⌠₧e da¥ viacero ∩alÜφch informßciφ o hlbok²ch centrßch.
á
Z┴VER
ááááááá Akustoelektrick² jav pozorovan² na svetlom generovanom rozhranφ m⌠₧e by¥ vyu₧φvan² v akustickej tranzientnej spektroskopii k Üt·diu hlbok²ch centier vo vysokoodporov²ch polovodiΦoch a m⌠₧e da¥ dodatoΦnΘ informßcie t²kaj·ce sa charakteru hlbok²ch centier.
PO╧AKOVANIE: Autori ∩akuj· doc. RNDr. Ivanovi Turekovi, CSc. za poskytnutie vzorky a pßnovi FrantiÜkovi ╚ernobilovi za technick· pomoc. Tßto prßca bola ΦiastoΦne podporovanß Grantom Φ. 1/8308/01 Ministerstva Ükolstva SR.
LITERAT┌RA
1. P. Bury, Spectroscopy of Deep Centers in High Resistivity GaAs Using Light Beam Generated Interference in Proc.á 16th Int. Congress on Acoustics, Seattle, 1998 Volume I, pp. 431-432
2. P. Bury and I. Jamnick², acta phys. slovaca 46 693-700 (1996).
3. A. L. Lin and R.M. Bube, J. Appl. Phys. 47, 1859-1867 (1976).
4. P. M. Mooney , J. Appl. Phys. 54, 208-213 (1983).
5. Y. Mita, S. Sugata and N. Tsukada, Appl. Phys. Lett. 43, 841-843 (1983).
6. J. Bracinφk and J. ètelina, J. Appl. Acoustics 44, 369-374 (1995).
7. P. Bury, I. Jamnick²: Akustickß spektroskopia hlbok²ch centier v polovodiΦoch. Äilina, Edis 1999, 143 s.
8. P. Bury, I. Jamnick² and V.W. Rampton, Physica B 263-264, 94-97 (1999).
9. G. M. Martin, A. Mitonneau and A. Mircea, Electronics Lett. 13, 191-192 (1977).
10. S. T. Pantalides, Deep Centers in Semiconductors, Gordon and Breach Science Publishers, ch.4, pp. 379-406 (1992).
11. F. Dubeck², J. èafrßnkovß and B. Olejnφkovß, Crystal Properties &Preparation 12, 147-152 (1987).
12. B. Davari, P. Das, J. Appl. Phys. 53, 3668-3672 (1982).