Нодир Алимов - Фотоэлектрические явления в широкозонных полупроводниковых гетероструктурах с глубокими примесными уровнями. Монография

то в слое толщиной, равной длине диффузии носителей, можно пренебречь изгибом зон на поверхности). В тех же условиях фото-ЭДС генерируется на барьерах в той же области, а результирующая ЭДС на контактах определяется эффективной схемой образца. На краю поглощения, когда свет слабо поглощается, в объеме возможно как увеличение фотопроводимости, если скорость рекомбинации на поверхности больше, чем в объеме, так и уменьшение, когда уменьшается скорость генерации носителей из-за увеличения прозрачности образца. Переход к примесной фотогенерации носителей будет выявляться, если меняется время их жизни. Если носители возбуждаются из мелких уровней, из которых происходит быстрая термическая активизация неравновесных носителей, то в этих условиях генерация фото-ЭДС при собственном и примесном поглощении определяется только свойствами области поглощения света;

б) если толщина образца меньше длины диффузии, то возбужденные как в объеме, так и на поверхности носители будут рекомбинировать на тех же центрах, которые захватывают не основные носители. При переходе к примесной генерации носителей может меняться их время жизни и, как в первом случае, возможны особенности, связанные со свойствами глубоких уровней (характером конкуренции различных каналов рекомбинации при наличии термической генерации не основных носителей).

в) если имеются межкристаллические барьеры в толщине слоя (в глубь образца), то при генерации носителей на поверхности фотопроводимость и фото-ЭДС определяется размерами этого кристаллита с учетом захвата носителей на межкристаллитный барьер, который играет роль рекомбинационного барьера. При объемной генерации эффект от всех барьеров должен суммироваться с учетом их взаиморасположения;

г) если имеются межкристаллические барьеры вдоль слоя, то возбужденные неосновные носители, захватываясь в них, меняют их высоту и этим уменьшают дрейфовый барьер. При этом барьеры могут быть разной величины, и ток будет определять наименьший барьер (уровень протекания), а время жизни этих носителей – наибольший барьер. Величина барьеров определяется концентрацией поверхностных состояний и свойствами кристаллита, определяющий экранирование заряда на поверхности. В случае малых кристаллитов барьеры будут меньше, чем в больших, когда длина экранирования сравнима или больше их размеров.

В дальнейшем приводятся результаты исследования спектрального распределения тока короткого замыкания I кзи ФП тех же образцов, у которых проведены рентгеновские и электронно-микроскопические исследования структуры. Основные закономерности спектров I кзи ФП у всех типах образцов сохраняются (рис. 3, 4, 5): имеется коротковолновый спад I кзпо сравнению с ФП, что указывает на меньшую асимметрию межкристаллитных барьеров на поверхности; в области края поглощения (1.3—1.6 эВ) ФП и I кзпропорциональны, что указывает на одинаковую роль носителей и в ФП, и генерации АФН; в более длинноволновой области имеется примесная генерация носителей, причем в ФП проявляется большее число глубоких уровней с характерными энергиями около 0.6; 0.9; 1.03 эВ (рис. 3, кривая 1). Сопоставление спектров ФП и I кзсо спектром α (см.2) показывает, что световые кванты с энергией 1.3 эВ и больше поглощаются, создавая свободные электроны и дырки (из уровней с Е ОПТ= 1.3 эВ, т. е. Е v+0.20 эВ дырки высвобождаются термическим путем), поэтому различия в собственной и примесной ФП или генерации I кзне выявляются. При этом скорость поверхностной рекомбинации роли не играет, и ФП почти не зависит от энергии кванта в области собственного поглощения.

Уменьшение I кзв этой области, наблюдаемое в некоторых слоях, по-видимому, связано с уменьшением асимметрии барьеров у самой поверхности или увеличением роли шунтирования барьеров. На значение I кзво всех слоях влияет генерация из уровней с энергией активации около 1,03 эВ. Только в пленках, выращенных на SiO 2 – Si в более длинноволновой части спектра генерируется фото-ЭДС обратной полярности; характерные энергии уровней около 0.4 и 0.7 эВ (рис. 5). При генерации носителей фотонами с энергией эВ фото-ЭДС гасится. Сопоставление всех спектров показывает, что спектры ФП и I кзв области края собственного поглощения сдвинуты в разных слоях относительно друг друга на величину до 0.05 эВ. Это может быть вызвано внутренним механическим напряжением, разность которого в слоях при медленном и быстром наращивании, (если использовать dE/dP =7.9×10 —6 эВ× см 2/кГ [24]), составляет около 6.3×10 8 Па. При быстром напылении на стекле и на SiO 2—Si внутреннее напряжение получается практически одинаковым.

Отметим, что эти микронапряжения свойственны самой пленке, так как в [21] показано, что в пленках, толщина которых превышает 0.3 мкм, микронапряжения от ее толщины не меняются. Микронапряжения в пленках при медленном испарении распределяются между большим числом кристаллитов и слабее выражаются при определении свойств пленок. В пленках, полученных при быстром испарении, микронапряжения, возможно, приводят к возникновению кристаллитов со ступенчатой структурой: в начальной стадии наращивания пленок происходит конкуренция между частицами с различной ориентировкой, которое приводит к микро-искажению. Выживают те кристаллы, которые ориентированы по направлению молекулярного пучка. На растущих кристаллитах с микро-искажением при определенной их величине возникают условия эпитаксиального роста других кристаллитов. По видимо, большие микроискажения в кристаллитах возникающие при быстром напылении, обусловливают различия в свойствах барьера у поверхности и у подложки, что приводит к инверсии знака фото-ЭДС при фронтальном и тыловом возбуждениях в таких пленках (см. также §4).

При изучении ФП пленок CdTe, обладающих АФН, возникают некоторые сложности, так как появляются фото-ЭДС, сравнимая по величине с приложенным полем, Поэтому надо было провести комплекс исследований, позволяющий отдельно рассматривать ФП и ток короткого замыкания ( I kз), определять разницу барьеров вдоль и поперек клинообразного образца. Для этого изготавливались образцы с крестообразным расположением контактов вдоль и поперек асимметрии слоя. Спектры ФП измеренные с внешним напряжением, приложенным параллельно асимметрии кристаллитов, показан на рис. 6. В длинноволновой области спектра hν <1.15 эВ создается фото-ЭДС намного меньшей величины по сравнению с величиной внешнего напряжения, поэтому в этой области только ФП и фотосигнал совпадают по величине при разных полярностях приложенного напряжения. С увеличением энергии кванта света (hν> 1,15 эВ) уже проявляется влияние фото-ЭДС. В одном случае, когда полярность фото-ЭДС совпадает с полярностью приложенного напряжения, фотосигнал увеличивается (кривая 1). В другом случае когда полярности генерируемого АФН и приложенного внешнего поля противоположны, в результате возникновения большой фото-ЭДС при hν> 1,35 эВ наблюдается инверсия знака (кривая 2). Путем усреднения аналогичных зависимостей было вычислено влияние I кзи построены спектры ФП (рис.7, кривые 1,2). Перпендикулярно асимметрии кристаллитов фотосигнал совпадает по величине при разных полярностях приложенного напряжения во всем измеренном спектре (рис. 7, кривые 3,4), так как в этом направлении величина генерируемой фото-ЭДС более чем на порядок меньше величины фото-ЭДС, генерируемой параллельно асимметрии кристаллитов.