Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
ЩЕ) °° (-?• + Е„)1/2, если Е<Еу, ЩЕ) °° ехр (-?"/?¦„/), если Е ^ Ех„
(3.3.14) (3.3.15)
(3.3.16) (3.3.17)
гдеЕс1 и /^/—обратные наклоны экспоненциальных "хвостов" зоны проводимости и валентной зоны соответственно. Таким образом, совокупность соотношений (3.3.2)-(3.3.6) описывает спектр а-Ир, подчиняющийся соотношению \fahv °° (Ну — Е0) в области высоких значений а и соотношению а°° ехр (hv/ Е/) в области низких значений а. Коэффициенты пропорциональности в соотношениях (3.3.13) —(3.3.17) автоматически находятся путем гладкой подгонки к действительным данным а - Ни, если принять Е0 = Ес - Еу = 1,7 эВ и М(ЕС) = М(Еу) = = 102' см-3 - эВ"1.
Из численных расчетов а (И и) путем варьирования двух параметров
8 - 537 ИЗ
112
Ес\ и еу1 можно показать, что в случае нелегированного а-81:Н (Гп = - 300 °С, Ес - Ер ~Ео = 0,77 эВ) для получения значения ?/« О.ОсГэВ необходимо выполнение одного из двух следующих условий
Ес1 ~0,06 эВ, Ер1? 0,06 эВ (3.3.18)
или
Еу1 = 0,06 эВ, Ес1? 0,06 эВ. (3.3.19)
Для однозначного определения Ес{ и Ег[ проводилось аналогичное моделирование а - к ^-спектра а-81:Н, легированного фосфором (рис. 3.3.9). В этом, случае Ер сдвигается к хвосту зоны проводимости и располагается приблизительно на 0,2 эВ ниже Ес, что наглядно следует из значения Еа, приведенного в табл. 3.3.1. Поэтому смоделированный спектр а-Ир проявляет обширное оптическое поглощение, простирающееся до области низких Ир, что вызывается переходами с локализованных состояний ниже Ер в хвостовой части зоны проводимости на распространение состояния выше Ес. Величина такого оптического поглоще-
с
- 3г т
11
о/
1 1 °/| 1
0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,^8
Рис. 3.3.9. Спектры оптического поглощения при энергиях, меньших ширины запрещенной зоны, для нелегированных (7) и легированных фосфором (2 - РН3/5Ш4 = = 10""; 3 - Ю-2) образцов а-8г.Н, определенные методом ФАС [731 (Ти^„ = = 300 °С) т
Рис. 3.3.10. Профили состояний в запрещенной зонеЛ'(?") для нелегированных (7) и легированных фосфором (2 - РН3/5Ш4 == 10"4; 3 - Ю-2) а-51:Н, полученные моделированием [731. Показаны также данные, полученные методами модулированного фототока (4) [84] и ИНЕС (5) [51, 86]
114
тшя в области низких пр прямо зависит от Ес\ и величина а= 10 см"1 при =0,8 эВ, когда РН3/8Ш4 = 10"4, может быть смоделирована только при условии Ес1^. 0,04 эВ. Таким образом, получаем
ЕГ1 ~ 0,06 эВ и ЕС1^ 0,04 эВ. (3.3.20)
Это означает, что хвост зоны проводимости спадает круче хвоста валентной зоны, что показано на рис. 3.3.10.
Касаясь хвоста зоны проводимости, Охеда и др. представили профиль состояний в запрещенной зоне в области энергий на 0,4-0,7 эВ ниже Ес, определенного методом спектроскопии фазового сдвига модулированного фототока (рис. 3.3.10) [84]. Величина Ес1 в работе этих авторов близка к 0,035 эВ, что сопоставимо с результатом авторов настоящей статьи. В работе [85] были также получены значения Ес1= 0,027 эВ и Ег[= 0,043 эВ, которые выводились из измерений времени пролета; они согласуются с настоящими данными в том смысле, что Ер[>Ес[ [85].
Широкая полоса оптического поглощения в области низких пр в легированном фосфором а-81:Н (см. рис. 3.3.9) должна быть связана с локализованными состояниями вблизи валентной зоны, которые создаются атомами .фосфора, так как нельзя объяснить экспериментальные данные, предполагая наличие какой-либо структуры Ы(Е) вблизи зоны проводимости, если учесть, что Ер лежит приблизительно на 0,2 эВ ниже Ес.
Распределение этих вводимых фосфором локализованных состояний по энергиям оценивалось путем наилучшей подгонки к экспериментальным спектрам а - пр и оказалось, что они расположены приблизительно на 0,6 эВ выше Еу и образуют широкую полосу. Результаты также приведены на рис'. 33.10. Видно, что широкая полоса с энергией, превышающей Еу на 0,6 эВ, растет с повышением уровня легирования фосфором, достигая почти ЩЕ)^ 1020 см"3-эВ"1 для РН3/8.Н4 = 10"2. Согласно Ямасаки и др., этот широкий пик следует связать с атомами фосфора с координационным числом 3 или соответствующим им дефектом, поскольку интегральное выражение ЩЕ) для этой полосы имеет почти тот же порядок величины, что и концентрация атомов фосфора. Профили состояний в запрещенной зоне, которые снимал Окуши методом изотермической нестационарной емкостной спектроскопии (ИНЕС) [86], также приведены на рис. 3.3.10. Скачок в области энергии, на 0,5 эВ меньшей Ес, следует отнести к двухэлектронным состояниям свободных связей [36, 51]. Плотность этих состояний намного меньше плотности состояний, соответствующих широкой полосе вблизи Ер + + 0,6 эВ, и поэтому их наличие не отражено в ФАС-данных.
Моделирование проводили также на нелегированных образцах, осажденных при 7,Подл = 100 °С, спектр оптического поглощения которых имел [72] широкую полосу в области низких пр подобно спектрам легированных фосфором образцов. Однако оба эти случая сильно различаются, так как в последнем случае Ер лежит почти в середине запрещенной зоны. Поэтому И(Е) нельзя определить однозначно. В то же
