Bài giảng Mô phỏng và phân giải pha phổ quang - phản xạ của bán dẫn InP và cấu trúc đa lớp dị thể AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Mô phỏng và phân giải pha phổ quang - phản xạ của bán dẫn InP và cấu trúc đa lớp dị thể AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p) trình bày về quang phản xạ (Photoreflectance PR); mô phỏng và phân giải pha phổ quang phản xạ của In; một số vấn đề tồn tại.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mô phỏng và phân giải pha phổ quang - phản xạ của bán dẫn InP và cấu trúc đa lớp dị thể AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN GIẢI PHA PHỔ QUANG - PHẢN XẠ CỦA BÁN DẪN InP VÀ CẤU TRÚC ĐA LỚP DỊ THỂ AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p) 2
NỘI DUNG TRÌNH BÀY  Quang phản xạ (Photoreflectance PR)  Hiệu ứng Franz-Keldysh  Sai hỏng bề mặt – mức Tamm  Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy) và phương pháp quang phản xạ  Mô phỏng và phân giải pha phổ quang phản xạ của InP  Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)  Thành phần Eciton  Phổ PR đa thành phần  Phân giải pha từ phổ PR  Phân giải phổ PR từ thực nghiệm  Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể  So sánh với các kêt quả thực nghiệm  Vấn đề tồn tại 3
Hiệu ứng Franz-Keldysh   F 0 F 0 Ec qFz Eg Ei Ec Ev   E g    E g  qFz Ev Phổ hấp thu (phản xạ) khi có điện trường sẽ dịch chuyển về phía vùng năng lượng thấp Phổ hấp thu 4
Sai hỏng bề mặt – Mức Tamm Tại bề mặt: - Tính tuần hoàn bị gián đoạn (mức Tamm) - Hấp thu nguyên tử lạ, sai hỏng mạng (mức khác) Lý tưởng: không có trạng thái mặt ngoài Dải năng lượng mặt ngoài bị uốn cong lên ở bán dẫn loại n Trạng thái bề Cong lên Bắt electron mặt (n) Bán dẫn pha tạp Điện trường Cong xuống Bắt lỗ trống bề mặt (p) 5
Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy) Những phép đo quang với cùng tính chất giống nhau là: R, T Sample R, T Biến điệu Biến điệu ngoài Biến điệu trong - Điện phản xạ (Electroreflectance-ER) - Biến điệu độ dài bước sóng tia tới - Quang phản xạ (Photoreflectance-PL) - Biến điệu sự phân cực ánh sáng tới - Từ phản xạ (Magnetoreflectance_MR) - Thay đổi vị trí trên mẫu - Pizo phản xạ (Piezoreflectance) ………… - Nhiệt phản xạ (Thermoreflectance) 6
Phương pháp quang phản xạ Laser off on Ec EF Ev Hiệu ứng Franz-Keldysh Seraphin và Bottka ΔR R on - R off R =   s  1   s  2 R R off R 7
Hệ đo quang phản xạ 8
Hệ đo quang phản xạ Xử lý mẫu Hữu cơ lạ Nước Axeton cất loãng Làm Nước dd HCl khô cất 2% Hình 7: Xử lý mẫu Vô cơ lạ 9
Mô phỏng phổ quang phản xạ 10
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Seraphin và Bottka R InP   s  1   s  2  R s  s ,  s là các hệ số Seraphin.  s 1 R 1 R s  s  R  1 R  2 E (eV ) 2n  n - 3k -1 2 2 GaAs α =  s c 2k  3n - k -1 s 2 2 β = s c  c =  n + k   n + k  + 2k - 2n +1 2 2 2 2 2 2 2 s E (eV ) 11
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)  1 ,  2 Là sự biến thiên của hằng số 23 / 2 e 1/ 2 E g const  (eV 3 / 2 ) điện môi phức  1  i 2  Eg  E const    1/ 2 x 1  E   G x   E2   22 / 3  const    1/ 2  2  E   F x   q 22 F 2  1/ 3 E2      8    F  x     Ai' 2  x   xAi 2  x     x  U  x   1/ 2 1 1  * * 1 G  x     Ai'  x  B 'i  x   xAi x Bi x   x1/ 2U x   me mh F '( x,  ')  iG '( x,  ')  2 [e i / 3 Ai '( z 0 ) Ai '(0 )  0 Ai( z 0 ) Ai(0 )]  1/ 2 1/ 2   x  ( x 2   '2 )1/ 2   x  ( x 2   '2 )1/ 2     i   2   2  z 0  x  i '  '   0  z 0 exp i 2 / 3  12
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Ai(Z) Smaller period F ( x) 0.4 0.2 -10 -7.5 -5 -2.5 2.5 5 Z -0.2 G ( x) -0.4 x Công thức thực nghiệm của Aspnes và Studna R 1   E  Eg   4  E  Eg  3 / 2  E  2 exp  3/ 2  cos     R E  E  Eg        3     13
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Ảnh hưởng của điện trường bề mặt Mô hình lý tưởng R R Fs 1.0Fs 0.7 Fs 0.5Fs 0 del 0.2Fs Điện trường bề mặt bất biến theo độ sâu E (eV) Chu kỳ Phổ PR của InP với điện trường bề mặt khác nhau Fs  Eg  1.344eV ,Fs  4  10 6Vm 1 ,   0meV Biên độ 1/ 3  q 22 F 2      R 1   E  Eg   4  E  Eg  3 / 2   8   E  2 exp  3/ 2  cos     R E  E  Eg        3     14
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Ảnh hưởng của hệ số giãn nở  R R Biên độ   Chu kỳ: không đổi '  0  '  0.1  '  0.2  '  0.5 E (eV) Phỏ PR của InP với thông số giãn nở khác nhau Eg  1.344eV , Fs  4  106Vm 1 R 1   E  Eg   4  E  Eg  3 / 2  E  2 exp  3/ 2  cos     R E  E  Eg         3    15
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Tính Fs và độ cong vùng năng lượng R 1   E  Eg   4  E  Eg  3 / 2  E  2 exp  3/ 2  cos     R E  E  Eg        3     Có cực trị 4   3/2 En  Eg 4  En  E g  3/ 2 3 n   3    4       3/ 2       3/ 2 3/ 2 E E  n  3 n g Hệ số góc e  2  2 1/ 3  0 Fs2 Qss2 1 2 3 n    Fs2  eb    2  2n 2 0 n 16
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Mô hình đa lớp N v  N  F  0,E    N v  Fv ,E  Fs n 1v  k  2v  i n 2v  k  1v  N v   2 n2  k 2  d  d  v  2  v   N   N v   2  v  N v     ΔN ΔN 0 N j N L -  N+  = N -N dv del z rj  f0 = 1 L v1 2N   N j N L +  N+  N +N L v1 Mô hình đa lớp 1 NL 1 dv  d el / j f v 1  r v exp  2iv   N v 1   N v r v 1  f v 1  1  f v 1 r v exp 2iv  2N  N v 1  N v d el  d v d el r0  Re  R0  2 2   N  NL  R Fv Fs R0    E   N  NL  R Re  R0  Mô phỏng phổ PR 17
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Fs R A Đơn lớp R Đa lớp 0 dv del z S = Fs.del Hiệu thế vùng điện trường bề mặt E (eV) Điện trường Điện trường So sánh giữa mô hình đa lớp và đơn lớp Đơn lớp Đa lớp Eg  1.344eV ,F  4  10 6Vm 1,   11.35meV Eg  1.344eV ,F  4  10 6Vm 1 , j  100,del  100 nm,   11.35meV 18
Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Fs R R del  100nm del  50nm 0 d el 1 d el 2 z del  20nm Điện trường bề mặt với độ sâu khác nhau del  10nm Chu kỳ del Biên độ Phổ PR của InP khi độ dày vùng E (eV) điện trường bề mặt thay đổi Eg  1.344eV ,Fs  4  10 6 Vm 1 ,   11.35meV ,dv  2nm 19
Thành phần dao động Exiton n / 2  R    E  E  2    E  E exc    E   C.  n exc  1 . cos  n.arc cot       R      2     Phổ Eciton với năng lượng Eciton thay đổi: R Eexc  1.338eV R Phổ dịch chuyển về Eexc  1.340eV E exc  phía năng lượng cao Eexc  1.342eV Dạng phổ Eciton của InP với E (eV) năng lượng Eciton thay đổi   11meV ,  120 0 20
Phổ PR đa thành phần Phổ PR là phổ tổng hợp của các thành phần phổ riêng lẻ R  n R  R  R  Phổ tổng hợp   R  R j j 1 FKO Eciton R  R   R       R  R  FKO  R  EXC Phổ PR đa thành phần E (eV) 21