Quang điện tử bán dẫn mô phỏng và phân giải pha phổ quang phản xạ của bán dẫn inp và cấu trúc đa lớp dị thể

1 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 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) NỘI DUNG TRÌNH BÀY  Quang phản xạ (Photoreflectance PR)(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  Quang phản xạ (Photoreflectance PR)(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 Hiệu ứng Franz-Keldysh g E 0F   c E v E 0F   c E qFz i E 4  g E   g E qFz v E Phổ hấp thu Phổ hấp thu (phản xạ) khi có điện trường sẽ dịch chuyển về phía vùng năng lượng thấp Sai hỏng bề mặt – Mức Tamm Lý tưởng: không có trạng thái mặt ngoài Tại bề mặt: - Tính tuần hoàn bị gián đoạn (mức Tamm) - Hấp thu nguyên tử lạ, sai hỏng mạng (mức khác) 5 Lý tưởng: không có trạng thái mặt ngoài Bán dẫn pha tạp Bắt electron Bắt lỗ trống Trạng thái bề mặt Điện trường bề mặt Cong lên (n) Cong xuống (p) Dải năng lượng mặt ngoài bị uốn cong lên ở bán dẫn loại n Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy) Những phép đo quang với cùng tính chất giống nhau là: R, T Biến điệu Sample R, T 6 Biến điệu ngoài Biến điệu trong - Điện phản xạ (Electroreflectance-ER) - Quang phản xạ (Photoreflectance-PL) - Từ phản xạ (Magnetoreflectance_MR) - Pizo phản xạ (Piezoreflectance) - Nhiệt phản xạ (Thermoreflectance) - Biến điệu độ dài bước sóng tia tới - Biến điệu sự phân cực ánh sáng tới - Thay đổi vị trí trên mẫu … … … … Phương pháp quang phản xạ Laser off Laser on c E F E v E 7 Seraphin và Bottka Hiệu ứng Franz-Keldysh on off off R - R ΔR = R R 21    ss R R Hệ đo quang phản xạ 8 Hệ đo quang phản xạ Nước cất Axeton loãng Hữu cơ lạ Xử lý mẫu 9 Nước cất Nước cất dd HCl 2% Axeton loãng Làm khô Vô cơ lạ Hình 7: Xử lý mẫu Mô phỏng phổ quang phản xạ 10 [...]... Hình 8: Mô hình cấu trúc đa lớp dị thể của mẫu đo Ga0.95Al0.05As/GaAs/GaAs:Si 34 Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p) EC 3 2 EF 1 EV GaAs:Si (p+) GaAs (p-) Ga1-xAlxAs (n) Sơ đồ các dịch chuyển hấp thu và bức xạ khi chiếu laser lên mẫu bán dẫn đa lớp dị thể Ga1-xAlxAs/GaAs/GaAs:Si Air 35 Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p) Phổ PR là phổ tổng hợp của 3 phổ R R... trừ phổ (phổ tổng hợp và phổ FKO hiệu chỉnh), tách thành phần FKO trong phổ tổng hợp R R E (eV) 31 Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm 4) Hiệu chỉnh Eciton đối với phần phổ vừa trừ ra R R E (eV) 32 Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm 5) Cộng hai thành phần hiệu chỉnh ta được phổ PR tổng hợp hiệu chỉnh R R Phổ thực nghiệm Phổ hiệu chỉnh E (eV) 33 Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể. .. R (X ) R Giản đồ pha 3D: hai kênh X, Y và E R () Y R 28 Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm R R 1) Tách vùng phổ chỉ gồm thành phần FKO Phần tách ra E (eV) 29 Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm 2) Sử dụng mô hình đa lớp, hiệu chỉnh thành phần dao động Franz-Keldysh trên vùng phổ vừa tách ra R R E (eV) Tính điện trường và các thông số bề mặt 30 Phân giải phổ PR đa thành phần từ... Giản đồ pha 2D truyền thống R Y R Giản đồ pha 2D phổ PR một thành phần có dạng tuyến tính 48.90 R X R Xây dựng giản đồ pha 3D Giản đồ pha 2D trên hai kênh X,Y 24 Phân giải pha phổ PR đa thành phần Giản đồ pha 3D X E Y E R E R E eV R E cos R R E sin R X2 E Y2 E (2.4.1) Phổ PR trên giản đồ pha nằm trên một mặt phẳng R X R 48.90 R Y R giản đồ pha 3D hai kênh X, Y, và trục E Cơ sở phân giải pha phổ PR đa thành... 11meV , E (eV) 120 0 20 Phổ PR đa thành phần Phổ PR là phổ tổng hợp của các thành phần phổ riêng lẻ R R n j 1 R R R R Phổ tổng hợp j FKO Eciton R R R R FKO R R EXC Phổ PR đa thành phần E (eV) 21 Phân giải pha phổ PR đa thành phần Có sự trễ pha trong phổ PR giữa tín hiệu PR và tín hiệu laser Thực nghiệm tan( n X E j 1 n Y E j 1 j Rj n R E,Fs , , R R j 1 ) j E,Fs 2 2 1 2 Góc trễ pha của từng thành phần j... x X ' Phổ PR thu được trên hai kênh của lock-in Y' PR Y 22 Phân giải pha phổ PR đa thành phần Phổ PR 1 thành phần n X E j 1 n Y E j 1 R E j cos R j R E R j j sin X E j=1 Y E R R R E cos R R E sin R R R X FKO Y E (eV) E (eV) Phổ PR của GaAs một thành phần Eg 1.412eV ,F s 3.44 10 6 V / m, Hai kênh X,Y thu được từ lock-in 12meV ,d el100nm, j 100, 45 0 , Phân giải pha 3.9 0 23 Phân giải pha phổ PR đa thành... thành phần 25 Phân giải pha phổ PR đa thành phần Phổ PR 2 thành phần n X E j 1 n Y E j 1 R E j cos R j R E R j j sin j=2 X 1,2 E Y1,2 E R R R E R R E R 1,2 cos 1,2 sin R R X Tổng hợp FKO Y Eciton E (eV) Phổ PR 2 thành phần của InP FKO : E g E (eV) Phổ PR trên 2 kênh X, Y 1.344eV ,Fs 4 10 6 , 11.35meV ,del 100nm,sl 100, Eciton : Eexc 1.34eV , 11meV , 00 , 300 0, 0 0 60 26 Phân giải pha phổ PR đa thành phần... Franz-Keldysh (FKO) Fs R R A Đơn lớp Đa lớp 0 dv del z S = Fs.del Hiệu thế vùng điện trường bề mặt E (eV) Điện trường Đơn lớp Điện trường Đa lớp So sánh giữa mô hình đa lớp và đơn lớp Eg Eg 1.344eV ,F 4 10 6Vm 1, 1.344eV ,F 4 10 6Vm 1 , j 100,del 11.35meV 100 nm, 11.35meV 18 Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) Fs R R del 100nm 0 d el 1 d el 2 del 50nm z del 20nm Điện trường bề mặt với độ sâu khác... 11meV , 00 , 300 0, 0 0 60 26 Phân giải pha phổ PR đa thành phần Giản đồ pha 2D truyền thống E(eV) R (Y ) R A B F C D R (X ) R H25 Giản đồ pha 2D hai kênh X, Y O R (X) R R (Y ) R Giản đồ pha 3D: hai kênh X, Y và E Giản đồ pha 2D có dạng đường cong 27 Phân giải pha phổ PR đa thành phần Phương pháp xác định các thành phần trong phổ PR EeV ( ) Xác đinh mặt phẳng dao động chính (ABC) Mặt phẳng dao động... Phổ PR là phổ tổng hợp của 3 phổ R R R R R R s Xét trường hợp x = 0.05 Phổ PR của AlxGa1-xAs tại bề mặt d el BỀ MẶT 1.242 nm Fs Wn Phổ PR của AlxGa1-xAs tại lớp tiếp xúc 3 10 6 V / m 108.69nm Wp 0.992 nm i1 Phổ PR của GaAs tại lớp tiếp xúc i2 R R R R A s R R i1 R R LỚP TIẾP XÚC Ftx 2 10 6 V / m i2 A: đặc trưng cho sự hấp thu MÔ PHỎNG 36 . 1 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 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN GIẢI PHA PHỔ QUANG - PHẢN XẠ CỦA BÁN DẪN InP VÀ CẤU TRÚC ĐA. 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. 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