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 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN GIẢI PHA PHỔ QUANG - PHẢN XẠ CỦA BÁN DẪN InP PHỔ QUANG - PHẢN XẠ CỦA BÁN DẪN InP VÀ CẤU TRÚC ĐA LỚP DỊ THỂ VÀ CẤU TRÚC ĐA LỚP DỊ THỂ AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p) AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

2

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

(cid:61656) Quang phản xạ (Photoreflectance PR) (cid:61656) Quang phản xạ (Photoreflectance PR) (Photoreflectance PR) (Photoreflectance PR)

(cid:61558) Hiệu ứng Franz-Keldysh (cid:61558) Hiệu ứng Franz-Keldysh

(cid:61558) Sai hỏng bề mặt – mức Tamm (cid:61558) Sai hỏng bề mặt – mức Tamm

(cid:61558) Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy) và phương pháp quang (cid:61558) Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy) và phương pháp quang phản xạ phản xạ

(cid:61656) Mô phỏng và phân giải pha phổ quang phản xạ của InP (cid:61656) Mô phỏng và phân giải pha phổ quang phản xạ của InP

(cid:61558) Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO) (cid:61558) Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

(cid:61558) Thành phần Eciton (cid:61558) Thành phần Eciton

(cid:61558) Phổ PR đa thành phần (cid:61558) Phổ PR đa thành phần

(cid:61558) Phân giải pha từ phổ PR (cid:61558) Phân giải pha từ phổ PR

(cid:61558) Phân giải phổ PR từ thực nghiệm (cid:61558) Phân giải phổ PR từ thực nghiệm

(cid:61558) Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể (cid:61558) Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể

(cid:61558) So sánh với các kêt quả thực nghiệm (cid:61558) So sánh với các kêt quả thực nghiệm

3

(cid:61656) Vấn đề tồn tại (cid:61656) Vấn đề tồn tại

Hiệu ứng Franz-Keldysh

0

(cid:61557)(cid:61554) F (cid:61625)

0

(cid:61557)(cid:61554) F (cid:61501)

cE

qFz

gE

iE

cE

vE

vE

(cid:61544)

qFz

(cid:61559)

(cid:61619)

(cid:61485)

(cid:61619)(cid:61544) gE(cid:61559)

gE

Phổ hấp thu

4

Phổ hấp thu (phản xạ) khi có điện trường sẽ dịch chuyển về phía vùng năng lượng thấp

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)

Dải năng lượng mặt ngoài bị uốn cong lên ở

bán dẫn loại n

Lý tưởng: không có Lý tưởng: không có trạng thái mặt ngoài trạng thái mặt ngoài

Cong lên (n)

Bắt electron

Trạng thái bề mặt

Bán dẫn pha tạp

Điện trường bề mặt

Bắt lỗ trống

5

Cong xuống (p)

Phổ học biến điệu (Modulation Spectroscopy)

Những phép đo quang với cùng tính chất giống nhau là:

(cid:61508)R, (cid:61508)T R, T Sample

Biến điệu

- Biến điệu độ dài bước sóng tia tới - Biến điệu sự phân cực ánh sáng tới - Thay đổi vị trí trên mẫu … … … …

- Điện phản xạ (Electroreflectance-ER) - Quang phản xạ (Photoreflectance-PL) - Từ phản xạ (Magnetoreflectance_MR) - Pizo phản xạ (Piezoreflectance) - Nhiệt phản xạ (Thermoreflectance)

6

Biến điệu ngoài Biến điệu trong

Phương pháp quang phản xạ

Laser on Laser off

cE FE

vE

off

(cid:61508)(cid:61483)(cid:61508)(cid:61501) (cid:61541)(cid:61538) s 1

(cid:61541)(cid:61537) s

2

=

R (cid:61508) R

ΔR R

R - R on R

off

7

Seraphin và Bottka Hiệu ứng Franz-Keldysh

Hệ đo quang phản xạ

8

Hệ đo quang phản xạ

Hữu cơ lạ

Xử lý mẫu

Nước Nước cất cất

Axeton Axeton loãng loãng

Nước cất

Làm khô

dd HCl 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

(cid:61541)(cid:61537) s

(cid:61508)(cid:61483)(cid:61508)(cid:61501) (cid:61541)(cid:61538) s 1

2

s(cid:61537)

,s (cid:61537) (cid:61538)

s

R (cid:61508) R là các hệ số Seraphin.

s(cid:61538)

(cid:61537) (cid:61537)

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61538) (cid:61538)

(cid:61501) (cid:61501)

s s

s s

1 1 R R

1 1 R R

R R (cid:61622) (cid:61622) (cid:61541) (cid:61622) (cid:61541) (cid:61622)

R R (cid:61622) (cid:61622) (cid:61541) (cid:61622) (cid:61541) (cid:61622)

1 1

2 2

E eV (

)

2

2

InP

GaAs

(cid:61480)

α =

s

s(cid:61537)

2

2

(cid:61480)

β =

s

2

2

2

2

2

2

2

s(cid:61538)

n + k

(cid:61480) c = n + k

(cid:61481)

(cid:61481) 2n n - 3k -1 c (cid:61481) 2k 3n - k -1 c (cid:61481) (cid:61480) (cid:61673) (cid:61675)

(cid:61689) + 2k - 2n +1 (cid:61691)

E eV (

) 11

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

3 / 2

1/ 2

2

e

E

(cid:61549)

g

3 / 2

1, (cid:61541) (cid:61541) (cid:61508)(cid:61508)

2

const

eV (

)

(cid:61501)

i(cid:61483)

(cid:61541)

Là sự biến thiên của hằng số (cid:61541) điện môi phức

2

1

(cid:61544)

1/ 2 1/ 2

x

(cid:61501)

const const

(cid:61481) (cid:61481)

Eg E (cid:61485) (cid:61521)(cid:61544)

E E

(cid:61508) (cid:61541) (cid:61541) (cid:61508)

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61480) (cid:61481) (cid:61480) (cid:61481) G x G x

1 1

1/ 2 1/ 2

2 / 32(cid:61521) (cid:61501) (cid:61544)

(cid:61544) (cid:61527)

const const

(cid:61481) (cid:61481)

2 2

E E

(cid:61508) (cid:61541) (cid:61541) (cid:61508)

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61480) (cid:61481) (cid:61480) (cid:61481) F x F x

2 2

q q

(cid:61480) (cid:61480) (cid:61544) (cid:61544) (cid:61521) (cid:61521) 2 2 E E (cid:61480) (cid:61480) (cid:61544) (cid:61544) (cid:61521) (cid:61521) 2 2 E E

(cid:61544) (cid:61544)

1/ 3 1/ 3 (cid:61686) (cid:61686) (cid:61687) (cid:61687) (cid:61688) (cid:61688)

1/ 2

2

xAi

' 2 Ai

(cid:61501)

(cid:61552)

(cid:61485)

(cid:61480) (cid:61481) F x

(cid:61480) (cid:61481) x

(cid:61480) (cid:61481) x

(cid:61480) (cid:61485) (cid:61485)

(cid:61480) (cid:61481) x U x (cid:61485)

(cid:61481)

(cid:61501)

(cid:61483)

'

'

1 (cid:61549)

(cid:61670) (cid:61670) (cid:61527) (cid:61501) (cid:61671) (cid:61527) (cid:61501) (cid:61671) (cid:61672) (cid:61672) 1 * m e

2 2 2 2 (cid:61544) (cid:61544) F F 8 8 (cid:61549) (cid:61549) 1 * m h

(cid:61501)

(cid:61552)

(cid:61485)

(cid:61483)

(cid:61480) (cid:61481) G x

(cid:61480) (cid:61480) (cid:61481) (cid:61480) (cid:61481) Ai x B i x

(cid:61480) (cid:61481) 1/ 2 x U x

(cid:61481) (cid:61689) (cid:61691) (cid:61480) (cid:61481) (cid:61480) (cid:61481) (cid:61689) xAi x Bi x (cid:61691)

(cid:61673) (cid:61675) (cid:61673) (cid:61675)

/ 3

(cid:61485)

i (cid:61552)

F x '( ,

iG x '( ,

e

'(

)

)

(

)

)]

') (cid:61511) (cid:61483)

(cid:61511) (cid:61501)

') 2 [ (cid:61552)

'( (cid:61559)

(cid:61483)

(cid:61559)

( (cid:61559)

(cid:61485)

Ai z Ai 0

Ai z Ai 0

0

0

0

1/ 2

1/ 2

2

2

(

x

2 1/ 2 ' )

x

(

x

2 1/ 2 ' )

x (cid:61485) (cid:61483)

(cid:61483)

i

(cid:61485)

(cid:61483)

(cid:61483) (cid:61511) 2

(cid:61483) (cid:61511) 2

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61691)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61691)

i

'

z

x (cid:61511)(cid:61483)(cid:61501)

' (cid:61501)(cid:61511)

z

exp

i

0 (cid:61559)

(cid:61501)

(cid:61480) (cid:61485)

(cid:61481)3/2 (cid:61552)

0

0

(cid:61511) (cid:61544) (cid:61521)

12

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

Ai(Z)

Smaller period

( )F x

0.4 0.4

0.2 0.2

Z

-10 -10

-7.5 -7.5

-5 -5

-2.5 -2.5

2.5 2.5

5 5

-0.2 -0.2

( )G x

x(cid:61485)

-0.4 -0.4

Công thức thực nghiệm của Aspnes và Studna

3 / 2

E

exp

cos

(cid:61627)

(cid:61480)

(cid:61481)

2

R (cid:61508) R

4 3

1 E E Eg (cid:61485)

E Eg (cid:61485)(cid:61670) (cid:61671) (cid:61544) (cid:61527)(cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61544)

(cid:61527)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61511) (cid:61480)

E Eg (cid:61485) 3 / 2 (cid:61481)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

(cid:61673) (cid:61485)(cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

13

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

Mô hình lý tưởng

R (cid:61508) R

sF

1.0 sF

0.7 sF

0.5 sF 0.5 sF

0

del

0.2 sF

Điện trường bề mặt bất biến theo độ sâu

E (eV)

Phổ PR của InP với điện trường bề mặt khác nhau

sF (cid:61613)

E

0meV

(cid:61501)

(cid:61501) (cid:61620)

1 6 (cid:61511)(cid:61485) 4 10 Vm ,

(cid:61501)

g

1.344eV ,F s

Ảnh hưởng của điện trường bề mặt

2

q

(cid:61544)

3 / 2

2 2 (cid:61544) F 8 (cid:61549)

(cid:61670) (cid:61527) (cid:61501) (cid:61671) (cid:61672)

E

exp

cos

(cid:61627)

(cid:61480)

(cid:61481)

2

1/ 3 (cid:61686) (cid:61687) (cid:61688) 14

R (cid:61508) R

4 3

1 E E Eg (cid:61485)

E Eg (cid:61485)(cid:61670) (cid:61671) (cid:61544) (cid:61527)(cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61544)

(cid:61527)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61511) (cid:61480)

E Eg (cid:61485) 3 / 2 (cid:61481)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

(cid:61673) (cid:61485)(cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

Chu kỳ Biên độ

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

R (cid:61508) R

Ảnh hưởng của hệ số giãn nở (cid:61511)

(cid:61511) (cid:61613) (cid:61662)

Biên độ(cid:61615)

' 0

(cid:61511) (cid:61501)

' 0.1

(cid:61511) (cid:61501)

' 0.2

(cid:61511) (cid:61501)

' 0.5

(cid:61511) (cid:61501)

E (eV)

Phỏ PR của InP với thông số giãn nở khác nhau

6

E

1.344

4 10

1 Vm(cid:61485)

(cid:61501)

(cid:61501) (cid:61620)

g

eV F , s

3 / 2

E

exp

cos

(cid:61627)

(cid:61480)

(cid:61481)

2

R (cid:61508) R

4 3

1 E E Eg (cid:61485)

E Eg (cid:61485)(cid:61670) (cid:61671) (cid:61544) (cid:61527)(cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61544)

(cid:61527)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61511) (cid:61480)

E Eg (cid:61485) 3 / 2 (cid:61481)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

15

(cid:61673) (cid:61485)(cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

Chu kỳ: không đổi

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

3 / 2

E

exp

cos

(cid:61627)

(cid:61480)

(cid:61481)

2

R (cid:61508) R

4 3

1 E E Eg (cid:61485)

E Eg (cid:61485)(cid:61670) (cid:61671) (cid:61544) (cid:61527)(cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61544)

(cid:61527)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61511) (cid:61480)

E Eg (cid:61485) 3 / 2 (cid:61481)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

(cid:61673) (cid:61485)(cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

Tính Fs và độ cong vùng năng lượng

3 / 2 3 / 2

E E (cid:61485) g

(cid:61481)3/2

4 (cid:61480) (cid:61552) n 3

g g

n n

(cid:61483) (cid:61553) (cid:61483) (cid:61553)

(cid:61552) (cid:61501) (cid:61552) (cid:61501)

4 4 3 3

3 / 2

3 / 2

3 / 2

E

n

(cid:61553)

(cid:61480) (cid:61544) (cid:61501) (cid:61527)

(cid:61481)

(cid:61480) (cid:61544) (cid:61485) (cid:61527)

(cid:61481)

g

n

E E E E (cid:61485) (cid:61485) (cid:61689) (cid:61689) (cid:61673) (cid:61673) n n (cid:61690)(cid:61527)(cid:61675) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61690)(cid:61527)(cid:61675) (cid:61544) (cid:61544) (cid:61691) (cid:61691) (cid:61481) E (cid:61485)

(cid:61480)

4 3 (cid:61552)

Có cực trị

3/1

1

n

3

2

2

2

e (cid:61546)

(cid:61501)

(cid:61501)

b

(cid:61544)

(cid:61501)(cid:61527)

2 sF

(cid:61541)(cid:61541) 0 2

2 F s n

n

2 Q ss 2 (cid:61541)(cid:61541)

0

e 2

(cid:61544) (cid:61549)

(cid:61670) (cid:61671)(cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687)(cid:61687) (cid:61688)

16

Hệ số góc

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

N

(cid:61501)

N F 0,E (cid:61501)

(cid:61483)

(cid:61508)

(cid:61480) N F ,E

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481)

v

v

v

n

k

k

(cid:61508)(cid:61541)

(cid:61483)

(cid:61508)(cid:61541)

(cid:61485)

(cid:61508)(cid:61541)

(cid:61481)

1v

1v

2v

sF

v

N

(cid:61508)

(cid:61501)

(cid:61485) 2

k

(cid:61480) i n (cid:61483)

2v (cid:61480) 2 n

(cid:61508)(cid:61541) (cid:61481) 2

v

v

N

N

N

(cid:61546)

(cid:61501)

2 (cid:61552)

(cid:61483)

(cid:61508)

(cid:61501)

2 (cid:61552)

v

(cid:61480)

(cid:61481)

d v (cid:61548)

d v (cid:61548)

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

ΔN ΔN ΔN ΔN

N N

(cid:61508) (cid:61508)

L L

1 1

v1 v1

0 0

dv dv

del del

r r

(cid:61501) (cid:61501)

z z

j j

= =

f = f = 0 0

j j

2 2

N N

N N

j j (cid:61508) (cid:61508)

(cid:61483) (cid:61483)

v1 v1

N -N N -N L L N +N N +N L L

L L

1 1

(cid:61480) (cid:61480) N - N+ N - N+ (cid:61480) (cid:61480) N + N+ N + N+

(cid:61481) (cid:61481) (cid:61481) (cid:61481)

Mô hình đa lớp

1(cid:61501)LN

(cid:61485)

(cid:61483)

dv

(cid:61501)

f

(cid:61501)

d / j el

v 1 (cid:61485)

r

(cid:61501)

v 1 (cid:61485)

v

v 1 (cid:61485)

N (cid:61508) v 1 (cid:61485) 2N N (cid:61483)

N (cid:61508) v N (cid:61483)

f v 1 (cid:61485) f 1 (cid:61483)

(cid:61480) r exp 2i (cid:61485) (cid:61546) v v (cid:61480) r exp 2i (cid:61485) (cid:61546) v

(cid:61481) (cid:61481)

v

v 1 (cid:61485)

2

2

d

d

el

v

(cid:61501)

(cid:61485)

(cid:61481)

L

r 0

R 0

(cid:61485) F v

d el F s

E

(cid:61501)

(cid:61480)

(cid:61481)

L

(cid:61673) N N (cid:61485) (cid:61501) (cid:61674) N N (cid:61483)(cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61691)

R (cid:61508) R

(cid:61480) Re R 0 (cid:61480) (cid:61481) Re R 0

Mô hình đa lớp

17

Mô phỏng phổ PR

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

sF

A

Đơn lớp

R (cid:61508) R

Đa lớp

0

dv

del

z

Hiệu thế vùng điện trường bề mặt

E (eV)

6

(cid:61501)

gE

Điện trường Đơn lớp

Điện trường Đa lớp

(cid:61501) 100 nm,

11.35meV

So sánh giữa mô hình đa lớp và đơn lớp 1 (cid:61511)(cid:61485) 1.344eV ,F 4 10 Vm , (cid:61501) (cid:61620) 1 6 (cid:61485) 1.344eV ,F 4 10 Vm , j 100,del (cid:61501) (cid:61501) (cid:61620)

11.35meV (cid:61501)

(cid:61511)

(cid:61501)

(cid:61501)

gE

18

S = Fs.del S = Fs.del

Thành phần dao động Franz-Keldysh (FKO)

sF

R (cid:61508) R

del 100nm

(cid:61501)

del 50nm

(cid:61501)

0 0

d el d el

d el d el

z z

1 1

2 2

del 20nm

(cid:61501)

Điện trường bề mặt với độ sâu khác nhau

del 10nm (cid:61501)

del(cid:61613)

E (eV)

Phổ PR của InP khi độ dày vùng điện trường bề mặt thay đổi

E

11.35meV ,dv

2nm

(cid:61501)

(cid:61501) (cid:61620)

1 6 (cid:61511)(cid:61485) 4 10 Vm ,

(cid:61501)

(cid:61501)

g

1.344eV ,F s

19

Chu kỳ Biên độ

Thành phần dao động Exiton

n

2/

(cid:61485)

2

(cid:61481)

(cid:61480)

n

(cid:61485)

exc

exc

E

.

.

. arc n

cot

(cid:61483)

(cid:61485)

(cid:61546)

(cid:61480)

(cid:61481)

EE (cid:61485) (cid:61511)

EE (cid:61485) 2 (cid:61511)

R (cid:61670) (cid:61508) (cid:61671) R (cid:61672)

(cid:61686) C (cid:61511)(cid:61501)(cid:61687) (cid:61688)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61483)(cid:61690) (cid:61691)

(cid:61670) (cid:61671)(cid:61671) cos (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687)(cid:61687) (cid:61688)

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) 1 (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691)

1.338

eV

(cid:61501)

excE

R (cid:61508) R

1.340

eV

(cid:61501)

excE

excE (cid:61613)

Phổ Eciton với năng lượng Eciton thay đổi:

1.342

eV

(cid:61501)

excE

E (eV)

0

120

Dạng phổ Eciton của InP với năng lượng Eciton thay đổi 11meV , (cid:61553)

(cid:61511)

(cid:61501)

(cid:61501)

20

Phổ dịch chuyển về Phổ dịch chuyển về phía năng lượng cao phía năng lượng cao

Phổ PR đa thành phần

n n

R (cid:61508) R

Phổ tổng hợp

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61686) (cid:61686) (cid:61687) (cid:61687)

R R (cid:61508) (cid:61508) R R

R R (cid:61508) (cid:61508) R R

(cid:61670) (cid:61670) (cid:61671) (cid:61671) (cid:61672) (cid:61672)

(cid:61688)(cid:61669) (cid:61688)(cid:61669)

j j

j 1 j 1 (cid:61501) (cid:61501)

FKO

Eciton

(cid:61501)

(cid:61483)

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

FKO

EXC

E (eV)

Phổ PR đa thành phần

21

Phổ PR là phổ tổng hợp của các thành phần phổ riêng lẻ

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

Thực nghiệm

n

R

(cid:61508)

j

, (cid:61556) (cid:61559)

(cid:61501)

(cid:61559)(cid:61556)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481)

E,F , s

E,F s

j

(cid:61480) 1 i (cid:61485)

(cid:61481)

(2.4.1)

2

(cid:61669)

R (cid:61508) R

R

1

2 2 (cid:61483) (cid:61559) (cid:61556)

(cid:61552)

j 1 (cid:61501)

j

(cid:61481)

(cid:61480)

tan(

)

(cid:61553) (cid:61540) (cid:61483)

(cid:61501) (cid:61485)

(cid:61559)(cid:61556)

j

j

Có sự trễ pha trong phổ PR giữa tín hiệu PR và tín hiệu laser

n n

'x

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61540) (cid:61540)

(cid:61483) (cid:61483)

(cid:61553) (cid:61553)

y

(cid:61480) (cid:61480) X E X E

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61480) (cid:61480)

j j

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481) E cos E cos j j

Góc trễ pha của từng thành phần

(cid:61669) (cid:61669)

R R (cid:61508) (cid:61508) R R

(cid:61673) (cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61689) (cid:61481) (cid:61481) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691) (cid:61691)

j 1 j 1 (cid:61501) (cid:61501)

(2.4.2)

n n

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61540) (cid:61540)

(cid:61483) (cid:61483)

(cid:61553) (cid:61553)

(cid:61480) (cid:61480) Y E Y E

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61480) (cid:61480)

j j

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481) E sin E sin j j

(cid:61553)

'y

(cid:61669) (cid:61669)

R R (cid:61508) (cid:61508) R R

(cid:61673) (cid:61673) (cid:61674) (cid:61674) (cid:61675) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61689) (cid:61481) (cid:61481) (cid:61690) (cid:61690) (cid:61691) (cid:61691)

X

j 1 j 1 (cid:61501) (cid:61501)

L a se r

x

'X

(cid:61540)

'Y

P R

Phổ PR thu được trên hai kênh của lock-in

Y

22

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

n

(cid:61501)

(cid:61540)

(cid:61483)

(cid:61553)

(cid:61480) X E

(cid:61481)

(cid:61480)

j

(cid:61480)

(cid:61481) E cos j

(cid:61501)

(cid:61483) (cid:61540) (cid:61553)

Phổ PR 1 thành phần

(cid:61669)

(cid:61480) X E

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481) E cos

(cid:61480)

(cid:61481)

R (cid:61508) R

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61481) (cid:61690) (cid:61691)

j 1 (cid:61501)

n

(cid:61501)

(cid:61483) (cid:61540) (cid:61553)

(cid:61480) Y E

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481) E sin

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61501)

(cid:61540)

(cid:61483)

(cid:61553)

(cid:61480) Y E

(cid:61481)

(cid:61480)

j

(cid:61480)

(cid:61481) E sin j

R (cid:61508) R R (cid:61508) R

j = 1

(cid:61669)

R (cid:61508) R

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61481) (cid:61690) (cid:61691)

j 1 (cid:61501)

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

X X

Y

E (eV)

E (eV)

Phổ PR của GaAs một thành phần

6

E

1.412eV ,F

3.44 10 V / m,

100,

0 3.9

(cid:61501)

(cid:61501)

(cid:61620)

(cid:61511)

(cid:61501)

Hai kênh X,Y thu được từ lock-in 0 45 , (cid:61501) (cid:61540)

(cid:61501) (cid:61485)

(cid:61553)

(cid:61501) (cid:61485)

g

s

12meV ,d 100nm, j el

FKO

23

Phân giải pha

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

Y

(cid:61480)

(cid:61481)

R (cid:61508) R

Giản đồ pha 2D truyền thống

0

48.9

(cid:61553) (cid:61540)(cid:61483) (cid:61501)

X

(cid:61480)

(cid:61481)

R (cid:61508) R

Giản đồ pha 2D phổ PR một thành phần có dạng tuyến tính

Giản đồ pha 2D trên hai kênh X,Y

24

Xây dựng giản đồ pha 3D

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

(cid:61481)E eV (cid:61480)

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61483) (cid:61540) (cid:61553) (cid:61540) (cid:61553) (cid:61483)

(cid:61480) (cid:61480) X E X E

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481) E cos E cos

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61483) (cid:61540) (cid:61553) (cid:61540) (cid:61553) (cid:61483)

(cid:61480) (cid:61480) Y E Y E

(cid:61481) (cid:61481)

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481) E sin E sin

(cid:61480) (cid:61480)

(cid:61481) (cid:61481)

R R (cid:61508) (cid:61508) R R R R (cid:61508) (cid:61508) R R

E

(cid:61501)

(cid:61483)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61480) 2 X E

(cid:61481)

R (cid:61508) R

(cid:61481) (cid:61480) 2 Y E (2.4.1)

(cid:61481)R (cid:61508) (cid:61480) X R

048.9

(cid:61553) (cid:61540)(cid:61483) (cid:61501)

(cid:61480) (cid:61481)R (cid:61508) Y R

Phổ PR trên giản đồ pha nằm trên một mặt phẳng

giản đồ pha 3D hai kênh X, Y, và trục E

Giản đồ pha 3D

25

Cơ sở phân giải pha phổ PR đa thành phần

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

n

(cid:61501)

(cid:61540)

(cid:61483)

(cid:61553)

(cid:61480) X E

(cid:61481)

(cid:61480)

j

(cid:61480)

(cid:61481) E cos j

X

E

E

cos

(cid:61501)

(cid:61540) (cid:61553) (cid:61483)

Phổ PR 2 thành phần

(cid:61669)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481)

1,2

R (cid:61508) R

1,2

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61481) (cid:61690) (cid:61691)

j 1 (cid:61501)

n

E

E

sin

(cid:61501)

(cid:61540) (cid:61553) (cid:61483)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481)

(cid:61480)

(cid:61481)

Y 1,2

1,2

(cid:61501)

(cid:61540)

(cid:61483)

(cid:61553)

(cid:61480) Y E

(cid:61481)

(cid:61480)

j

(cid:61480)

(cid:61481) E sin j

R (cid:61508) R R (cid:61508) R

j = 2

(cid:61669)

R (cid:61508) R

(cid:61673) (cid:61674) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61481) (cid:61690) (cid:61691)

j 1 (cid:61501)

R (cid:61508) R

R R (cid:61508) (cid:61508) R R

X

FKO

Y

Eciton

E (eV)

E (eV)

1.344eV ,F

FKO : E

0, 0

0 60

(cid:61501)

Phổ PR trên 2 kênh X, Y (cid:61501) (cid:61485)

(cid:61501)

(cid:61553)

(cid:61540)

g

s

Phổ PR 2 thành phần của InP (cid:61501) (cid:61620) :

Eciton E

(cid:61511) (cid:61501) 1 34eV

11meV

30

,0

0

6 4 10 , . (cid:61501)

11.35meV ,d 100nm,sl 100, el 0 , , (cid:61546)

(cid:61501) (cid:61501) (cid:61485)

(cid:61511)

(cid:61501)

(cid:61501)

(cid:61540)

exc

26

Tổng hợp

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

)E eV (

Y ( )

R (cid:61508) R

A

B

F

C

D

O

(

X

)

R (cid:61508) R

X ( )

R (cid:61508) R

Y ( )

R (cid:61508) R

H25 Giản đồ pha 2D hai kênh X, Y

Giản đồ pha 3D: hai kênh X, Y và E

Giản đồ pha 2D truyền thống

27

Giản đồ pha 2D có dạng đường cong

Phân giải pha phổ PR đa thành phần

( )EeV

Phương pháp xác định các thành phần trong phổ PR

Xác đinh mặt phẳng dao động

chính (ABC)

A

B

Mặt phẳng dao động FKO

F

C

D

Tại Tại

O

lân cận năng lượng vùng lân cận năng lượng vùng cấm (BDF). Nếu đỉnh (D) bị lệch cấm (BDF). Nếu đỉnh (D) bị lệch khỏi mặt phẳng chính. khỏi mặt phẳng chính.

X ( )

R (cid:61508) R

Có mặt thành phần Eciton

Y ( )

R (cid:61508) R

Các thành phần khác xác định

Giản đồ pha 3D: hai kênh X, Y và E

28

tương tự như thành phần Eciton

Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm

R (cid:61508) R

Phần tách ra

E (eV)

29

1) Tách vùng phổ chỉ 1) Tách vùng phổ chỉ gồm thành phần FKO gồm thành phần FKO

Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm

Sử dụng mô hình đa lớp, hiệu chỉnh thành phần dao động

R (cid:61508) R

E (eV)

2) Franz-Keldysh trên vùng phổ vừa tách ra.

30

Tính điện trường và các thông số bề mặt

Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm

R (cid:61508) R

E (eV)

31

3) Tiến hành trừ phổ (phổ tổng hợp và phổ FKO hiệu chỉnh), tách thành phần FKO trong phổ tổng hợp

Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm

R (cid:61508) R

E (eV)

32

4) Hiệu chỉnh Eciton đối với phần phổ vừa trừ ra

Phân giải phổ PR đa thành phần từ thực nghiệm

R (cid:61508) R

Phổ thực nghiệm Phổ hiệu chỉnh

E (eV)

33

5) Cộng hai thành phần hiệu chỉnh ta được phổ PR tổng hợp hiệu chỉnh

Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể

(cid:61548)1 (cid:61548)2 (cid:61548)3

AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

LASER 632.8nm

Bề mặt A (GaAlAs/Air)

Ga1-xAlxAs

0.3(cid:61549)m

Bề mặt B (GaAlAs/GaAs)

0.05(cid:61549)m

Bề mặt C (GaAs/GaAs:Si)

GaAs GaAs:Si (Subtract)

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

(cid:61548)3 (cid:61548)2 EF

(cid:61548)1 (cid:61548)1 EV

Air

GaAs (p-)

GaAs:Si (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.

35

Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể

AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

Phổ PR của AlxGa1-xAs tại bề mặt

Xét trường hợp x = 0.05

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

s

1.242 nm

(cid:61501)

Phổ PR là phổ tổng hợp của 3 phổ R (cid:61508)(cid:61670) (cid:61671) R (cid:61672)

6 3 10 V / m

(cid:61501) (cid:61620)

eld sF

Phổ PR của AlxGa1-xAs tại lớp tiếp xúc

R (cid:61508)(cid:61670) (cid:61671) R (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

1i

(cid:61501) (cid:61501)

Phổ PR của GaAs tại lớp tiếp xúc Phổ PR của GaAs tại lớp tiếp xúc

(cid:61501)

R R (cid:61508)(cid:61670) (cid:61508)(cid:61670) (cid:61671) (cid:61671) R R (cid:61672) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61686) (cid:61687) (cid:61687) (cid:61688) (cid:61688)

2i 2i

BỀ MẶT

6 2 10 V / m

nW 108.69nm nW 108.69nm pW 0.992 nm txF (cid:61501) (cid:61620)

A

(cid:61501)

(cid:61483)

(cid:61483)

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

(cid:61670) (cid:61671) (cid:61672)

(cid:61686) (cid:61687) (cid:61688)

s

i

1

i

2

(cid:61673) (cid:61670) (cid:61671) (cid:61674) (cid:61672) (cid:61675)

(cid:61689) (cid:61690) (cid:61691)

LỚP LỚP TIẾP XÚC TIẾP XÚC

A: đặc trưng cho sự hấp thu

36

MÔ PHỎNG

Phổ PR của cấu trúc đa lớp dị thể

R (cid:61508) R

E (eV)

(cid:61485)

n Al Ga As p GaAs

/

(cid:61485)

(cid:61485)

Phổ PR của

0.05

0.95

6

6

2 10 V / m; j=30

(cid:61501) (cid:61620)

(cid:61501) (cid:61620)

F s

3 10 V / m; F tx

37

AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

So sánh với phổ thực nghiệm của InP

R (cid:61508) R

1.34 8

R (cid:61508) R

1.36 1

Lý thuyết Thực nghiệm

X

1.37

2

1.37 1

Y

1.36

2

1.34

9

E (eV)

E (eV)

Làm khớp giữa phổ thực nghiệm và lý thuyết của InP

Phổ PR của InP thu được trên 2 kênh của lock-in tại phòng thí nghiệm Quang – quang phổ, ĐH KHTN [5]

(cid:61501)

(cid:61620)

gE

6

3 (cid:61485) 7.5 10 meV 6

(cid:61501) (cid:61620)

sF 1 10 V / m

1.348eV, (cid:61501)

(cid:61511) (cid:61501) sF 1.5 10 V / m (cid:61620)

38

X

So sánh với phổ thực nghiệm của

AlxGa1-xAs (n)/GaAs (p)

R (cid:61508) R

GaAs E

:

1.42

eV

(cid:61501)

3

g

Thực nghiệm Lý thuyết

As E :

eV

(cid:61501)

Al Ga 0.047

0.953

1.48 7

g

6

10

V m /

(cid:61501)

(cid:61620)

1.52 3

6 6

10 10

V m V m / /

(cid:61501) (cid:61501)

(cid:61620) (cid:61620)

sF txF txF

:

GaAs E

2.23 2.23 3 3 Mô phỏng Mô phỏng eV 1.42 (cid:61501)

3 meV

12.5

g (cid:61511) (cid:61501)

E (eV)

As E :

eV

(cid:61501)

Al Ga 0.048

0.952

1.48 9 meV

13.5

g (cid:61511) (cid:61501)

6

Phổ PR của Al0.05Ga0.95As (n+)/GaAs (p-) so sánh giữa thực nghiệm và lý thuyết

V m /

(cid:61501)

1.7 10 (cid:61620)

6

V m /

(cid:61501)

2.5 10 (cid:61620)

sF txF

39

Thực nghiệm

Ý kiến đề nghị

Hiệu ứng Franz-Keldysh

Phổ hấp thu (phản xạ) Dịch chuyển về phía năng lượng thấp

Lý thuyết mô phỏng phổ PR Phổ … không dịch chuyển

qFz qFz

40

Do vậy, chúng tôi đề nghị khi mô phỏng cần thay: Eg thành Eg’ Eg’= Eg – qFz

Ý kiến đề nghị

R (cid:61508) R

R (cid:61508) R

0.2 sF

qFz=0.0008 eV

0.2 sF

qFz=0.002 eV

0.5 sF

0.5 sF

0.7 sF

qFz=0.0028 eV

0.7 sF

qFz=0.004 eV qFz=0.004 eV

1.0 sF

1.0 sF

E (eV)

E (eV)

Eg’= Eg - qFz

Phổ PR của InP. Năng lượng vùng cấm phụ thuộc vào điện trường

Phổ PR của InP. Năng lượng vùng cấm không phụ thuộc vào điện trường

1 (cid:61485)

E

6 4 10 Vm

(cid:61501)

(cid:61501) (cid:61620)

g

1.344eV ,F s

E

0meV

(cid:61501)

(cid:61501) (cid:61620)

1 6 (cid:61511)(cid:61485) 4 10 Vm ,

(cid:61501)

g

1.344eV ,F s

9 (cid:61485)

(cid:61511)

(cid:61501)

0meV ,z 10 m (cid:61501)

41

THE END

42