close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Der Einflu von Strstellen auf Reflexionsspektren von n-AIAs.

код для вставкиСкачать
Annalen der Physik. 7. Polge, Band 29, Heft 2, 1973, S. 190-192
J. A. Barth, Leipzig
Kurze Miffeilung
Der EinfluB von Storstellen auf Reflexionsspektren von
n-AIAs
Von H. NEUMANK,
B. RHEINLANDER
und 1’. FISCHER
Mit 2 Abbildungen
Bei der Untersuchung der Reflexionsspektren von n-leitenden AlAs-Einkristallen im nahen Infrarot [l]wurde bei einer Wellenliinge von etwa 9 pin ein
zusatzliches Maximum ini Reflexionsverniogen gefunden. Auf Grund der energetischen Lage war zu vermuten, daB es sich dabei um den EinfluB einer Storstelle hoher Konzentration handelt. Urn genauere Aufschlusse hieruber ZU erhalten, wurden mit dem in [11 beschriebenen MeBverfahren die Reflexionsspektren ini Wellenlangenbereich von 7 pni bis 11 pin in Abhangigkeit von der
Temperatur untersucht. Der typische Verlauf des Iteflexionsverniogens R einer
Probe bei 7 7 K und 300 K ist in Abb. 1 dargestellt. Charakteristisch ist, daB die
Hohe des Maxiniums mit fallender Temperatur wachst. Berucksichtigt man,
da13 die Proben n-leitend sind und Elektronenkonzentrationen in der GroBen- ~300 K besitzen [l], so last sich das gefundene Verordnung von 1Ols ~ m bei
halten zwanglos deuten, wenn man Donator-Leitungsband-Obergange dafiir
verantwortlich macht. Die sich bei fallender Temperatur ergebende starkere
Besetzung der Donatoren mit Elektronen fuhrt dann zu dem beobachteten
Anstieg im Reflexionsvermogen in der Nahe der Ionisierungsenergie der Donatoren.
Da eine Analyse der Linienforiii im Falle der durch Donator-Leitungsbandubergange bedingten Anderung des Reflexionsvermogens wenig sinnvoll ist,
werden die experimentellen Ergebnisse niit Hilfe eines sehr einfachen Modells
interpretiert. Es wird angenonimen, daB es sich um flache Donatoren handelt,
die in der Naherung der effektiven Masse beschrieben werden konnen. Die Anisotropic des Leitungsbandes [ 21 wird dabei vernachlassigt. Fur die Wellenfunktion des Elektrons ini Leitungsband kann in erster Naherung eine ebene Welle
vorausgesetzt werden. Die DrRAcsche Storungstheorie [31 liefert dann fur den
Absorptionskoeffizienten 01 fur Donator-Leitungsband-Obergange die Beziehung
Hier ist n* der Brechungsindex, c die Lichtgeschwindigkeit, ti0 die Photonenenergie, N $ die Konzentration der niclitionisierten Donatoren und m* die au6
NEUMANN,
RHEINL~NDER
u. FISCHER,
Storstellen auf Reflexionsspektren von n-A1As 191
dem FARADAY-Effekt bestimmte effektive Masse [2]. Die Energie EL kann
einen durch die Polarisation des Gitters, das heifit durch die Frequenzabhangigkeit der DielektrizitiitskonstantenE bedingten Anteil enthalten und ist allgemein durch
E& = $ &2
ED
(2)
gegeben. Fur die Auswertung der Versuchsergebnisse ist aus (1)das Reflexionsvermoeen
mit k* = fic42fiw zu berechnen. Dabei kann die Variation des Brechungsindex
n* init der Photonenenergie bei Betrachtung des interessierenden Wellenlangenbereichs vernachlassigt werden [4]. Die Temperaturabhangigkeit von n* ist
gleichfalls gegeniiber der h d e r u n g von k* vernachliissigbar [ 5 , 61. Unter diesen
Umstanden ergibt sich das Maximum des Reflexionsverniogens gema13 G1. (3)
und (1) bei
Nach Abb. 1 liegt das Maximum von R bei 9 p i . Berucksichtigt man noch, daB
iin Wellenlangenbereich um 9 pm einen Wert von E = S,5 hat und E,, = 10,3 ist
[7]: so erhalt man aus (4) und (2) fur die Ionisierungsenergie der Donatoren
E D = ( 7 1 f 5) meV.
Die Temperaturabhangigkeit von R wird durch die h d e r u n g von N$ init
der Teniperatur bestimmt. Zur Ermittlung von N% wurde deshalb R als Funktion von N$ unter Verwendung des gefundenen Wertes fur ED berechnet. Fur
den Vergleich niit dem Experiment wurde der maximale Wert R,,, des Reflexionsvermogens herangezogen. I n Abb. 2 ist das Verhaltnis R,,,/ Rmiu mit
Rmi,, = [(n* - l ) / ( n * 1)12 als Funktion von N$ dargestellt.Nimmt man an,
dal3 das auf der langwelligen Seite des Reflexionsspektrums (Abb. 1) gelegene
E
+
t
Abb. 1
Abb. 2
Abb.1. Wellenllngenabhlngigkeit des Reflexionsvermogens R bei 7 i K und 300 K
Abb.2. Berechnete AbhLngigkeit der Grol3e Rmau/Rminvon der Konzentration N! der nichtionisierten Donatoren
192
Annalen der Physik
*
i . Folge
*
Band 29, Heft 2
*
1973
Mininiuin dem Wert Rmin entspricht, so ergibt sich aus einem Vergleich der
experimentellen Werte fur Rmax/Rminniit Abb. 2 fur die Konzentration der nichtionisiertenDonatoren NS (77K) w 7 1018 cm-3 und N g (300 K) w 5 lOlSc~n-~.
Die Gesamtkonzentration N D der Donatoren und die Konzentration n der
Leitungselektronen laBt sich dann aus statistischen uberlegungen berechnen.
Man findet n (77 K) M 1 , 5 . 10l6 c11r3, n (300 K ) M 2 . 10l8 ~ 1 n - -und
~ NDm
7 - 10l8 c 1 r 3 . Die Werte fur die Ladungstragerkonzentration stimmen gut init
F ~ ~ ~ ~ a ~ - E f f e k t - M e s s u (n
n g(300
e n K) M 1Ol8 c 1 r 3 ) [ l ] und Hall-EffektDaten ( n (77 K ) w 1016 c i r 3 , 7~ (300 K) w 8 . 1017 ~1x1-3) [8] uberein, menn inan
die in dieser Arbeit geinachten stark vereinfachenden Annahinen bei der Berechnung dieser GroBen berucksichtigt.
Es ist anzunehinen, daB es sirh bei deni gefundenen Donator uin Silizium
handelt, das wahrend des Zuchtungsprozesses der AlAs-Einkristalle als Reststorstelle init hoher Konzentration eingebaut wird. Bei der Untersuchung der
Proben mit einer Elektronenstrahl-Mikrosonde konnte Silizium nachgewiesen
werden, was auf Konzentrationen oberhalb 10’8 c l r 3 hinweist [9]. Durcli geeignete Wahl der Ziichtungsbedingungen konnten Kristalle iiiit geringerein Siliziunigehalt liergestellt werden, die nicht das hier gefundene zusatzliche Maximum im Reflexionsverinogen zeigten. Fur unsere Interpretation sprechen auch
die Ergebnisse von Luinineszenzuntersuchungen [101, woraus sich fur Siliziumdonatoren eine Ionisierungsenergie von etwa i 0 ineV ergibt, was init deiii von
uns gefundenen Wert fiir E D sehr gut iibereinstiinint.
-
Lit eraturverzeiehnis
[l] RHEINLANDER,
B., H. NEUfiL4KN, Phys. status solidi (b) 46 (1971) I< 9.
[2] RHEINLANDER,
B., H. ~ E U f i L 4 X N ,P. FISCHER,
G. KUHN, Phys. status solidi (b) 49
(1972) K 167.
[3] UNGER,K., Fortschr. Phys. 13 (1963) iO1.
[4] MONEDIAR,
B.. Physica Seripta 3 ( 1 971) 193.
[b] FIXKEKRATH,
H., Z. Naturf. l9a (1964) 794.
[6] VARSHNI, Y. P., PhySiCa 34 (1‘967) 149.
[‘i] ILEGEMS,
M., G. L. PEARSON,
Phys. Rer. B 1 (1970) 15iG.
[8] HORIQ,W., Dissertation, Leipzig 1972.
[9] FISCHER,
P.. Dissertation, Leipzig 1Y72.
[lO] HRESSEL,H., F. H. SICOLL,
M. ETTENBERG,
W. $1. TIM,A. C. SIGAI,Solid State
Comrpun. H (1970) 14Ui.
L e i p z i g , Sektion Physik und Sektion Chemie dcr Karl-Marx-Univcrsitat,
Arbeitsgemeinschaft AIIIB\--Halbleiter.
Be; der Redalrtion eingegangen an1 29. h i 197%.
Bnschr. d. Vcrf.: Doz. Dr. sc. H. NEI-MANN
und Dr. B. RIIEISL~SDER
Sektion Physik d. Univ. Leipzig
DDR- i U 1 Leipzig, Linnbstr. 5
Dr. P. FISCHER
Sektion Chemie d. Univ. Leipzig, Fachbereich I<ristallograpliie
DDR-703 Leipzig. Scharnhorststr. 2U
Chefredakteur: Profesaor Dr. G . R i c h t e r , DDR-1199 Berlin-Adlershof. Rudower Chaussee 5. Anzeigen Inland:
DEWAG-Werbung Leipzig,DDR-701 Leipzig, Briihl34- 40,Ruf 79740. Ausland: Jnterwerbung GmbH, DDR-104
Berlin, Tucholskystr. 40, Ruf 4251 96. Zur Zeit gilt Anzeigenpreisliste 7. Verlag Johann Ambrosiue B a r t h ,
DDR-701 Leip. ig, SalomonstraDe l a b , Ruf 25245. Veroffentlicht unter der Lizenz-Nr. 1396 des Presseamtes
beim Vorsitzenden des Ministerrates der DDRDruck: VEB Oruckhaue Kijthen, DDR-437 hothen (IV/5/1) L 110173
Printed in the German Democratic Hepublic
_
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
189 Кб
Теги
aias, reflexionsspektren, strstellen, der, auf, einflu, von
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа