n型合金半导体的低温电子喇曼散射

《n型合金半导体的低温电子喇曼散射》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第38卷第1期厦f]大学学报(自然科学版)Vo】38No．11999年1月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Jan．1999N型合金半导体的低温电子喇曼散射O—LJI}l皇堂堕072．门大学栅学系厘。¨㈣牛摘要研究了n—Ga～A】As(>o．451．~电子喇曼散射．根据晶格动力论V，讨f论，了fⅢ一v合盘半导体的DX中心的物理起固结果表明在n～GaA1As(>O．22)中存在施主双稳态特性在低温下．光感应的施主亚稳态是平常的类氢能级．此浅施主态引起了间接带隙n-Ga⋯AIAs(x>045)的电子喇曼散射和束缚亩子以及直接

2、带隙n⋯GaA【As(x<0．45)的低温持续光电导当温度升高时．该娄氢能级的电子退回到稳定的DX中心的深能态．关键词望兰!：，皇型墨苎旦续光电帽囝书盯。Ⅳ孝．半很多N型合金半导体都已观测到DX中心E1]．凸x荷⋯麒是具有低温持续光电导和大的晶格驰豫等特性，曾引起国际学术界极大重视，20年来进行了广泛研究．目前，这种特殊的施主深能级的微观结构仍在深入研究之中]．在室温时，n—Ga．ALAs(z>0．22)的DX中心成为最稳的深施主态，并且浅施主转变成DX中心，但是这个转变机理至今还未完全弄清楚[2]．虽然对DX中心的研究取得很大进展，而DX中心的电荷态仍是争论的主要课

3、题’．另一方面，已经证明了低温喇曼(Raman)散射是研究半导体中电子跃迁的有效方法．Manchon和Dean观测了间接带隙半导体n—GaP的电子喇曼散射]．当x值增大超过0．45时，n—Ga⋯A1As的最低导带底从布里渊区的r点转变到x点而成为间接带隙半导体．有希望(但仍需要证明)在nGa～AlAs(x>O．45)样品可观测到施主杂质的电子喇曼散射，由此研究电子喇曼散射与DX中心的相关问题．1实验实验样品是在n—GaAs衬底上液相外延生长的n—Ga⋯AlAs(>0．45)．各个样品分别掺vI族"re和Ⅳ族Sj等杂质，掺杂浓度为5×10～5×lDcm．在低温00～30

4、0K进行激光喇曼散射实验．由于电子喇曼散射强度非常微弱，为了增大光谱信号，采用共振增强方法．实验中使用氩离子激光514．5nm为激发光源，使得入射光能量与实验样品的半导体带隙接近共振条件，由此增强光谱信号．另一方面为了克服合金半导体喇曼光谱4量上的困难，我们采用慢扫描技术来改善信一噪比．①本文1998—06—26收到第1期连世阳：型台金半导体的低温电子唰曼散射．41．Ran1anshift／cm图1GaAlclAs：Te的喇曼光谱随温度变图2Ga㈨A】jAs：Te的喇曼光谱随温度变化化Fig．1Evo]utionofRamanspectraforGao9Fig．2Ev

5、olutinnofRamnnspectraforGa0“At061As：Tewithincreasingtempera-Ak“As：TewithincreasingtemperatLHrestLlre$2结果与讨论图1至图3示出本实验的部分结果．由图可见掺Te施主杂质的样品，除了GaAs型的TOl(262cm)和LO1(272cm)、AIAs型的TO2(360cm)和LOz(392cm)以及合金无序(DA)的谱峰之外，我们特别注意到随温度变化的极微弱的小峰．图1的低温2OK和40K以及图2的低温82K分别出现新的小峰(如箭头所示)在320cmZ(即40meV)．而当温

6、度升高超过i00K之后，此新的小峰消失．显然，此新的小峰具有问接带隙半导体中施主杂质引起的电子喇曼散射的特性．图3是掺si施主杂质样品的低温喇曼光Ramanshift／em一1谱图．除了GaAs型的TO】(260CITI叫)和LO图3GadAtAs：Si的低温喇曼光谱(268cm)、AIAs型的TO2(360cm)和L02Fig．3RamanspectrumforGan2EAI。¨As：Siattowtemperature(394cm)以及某些合金无序(DA)谱峰之外，却未见到新的小峰，表明未观测到si施主厦门大学学报(自然科学版)杂质的电子喇曼散射．2．1施主杂质位

7、置对称与电子喇曼散射暂时不管n—Ga一ALAs(x>0．22)存在DX中心，当V1族元素Te替代V族As或者Ⅳ族元素替代Ⅲ族Ga或AI时，它们分别成为该半导体的替位施主如果不考虑原子核质量差异，该合金半导体仍然是完整的闪锌矿结构，可以把合金中各个原胞当为等价的．间接带隙半导体13．一Ga～AlAs(x~0．45)的导带极小值是在各点还是，依赖于坐标原点的选择，通常选择在杂质位置上【5]．当v1族Te旋主杂质占据吸引力较强的(As)位置，较低导带。的电子基态渡函数为(r)=Au(r)coskoz【1)它属于表示．电子态之间光学跃迁的选择定则依赖于最低导