Οι ενδογενείς ατέλειες στο GaΝ, οι οποίες εισάγουν ενεργειακές καταστάσεις σε ρόλο παγίδων ηλεκτρονίων ή οπών, εντός του ενεργειακού χάσματος του υλικού, είναι υπεύθυνες για τα φαινόμενα οπτικής μεταστάθειας που εμφανίζονται στο GaN και τους συνδιασμούς του. Στην παρούσα μελέτη, εξετάζονται δύο δείγματα (GaN και AlGaN/GaN) που έχουν αναπτυχθεί με τη μέθοδο MOCVD, πάχους της τάξεως των μικρομέτρων. Οι ηλεκτρικές μετρήσεις λήφθηκαν με τη μέθοδο Van der Pauw με 4 επαφές σε γεωμετρία τετραγώνου στην επιφάνεια των δειγμάτων.
Η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει μετρήσεις που αφορούν το χαρακτηρισμό του υλικού (GaN), καθώς και μετρήσεις που εστιάζουν στην επίδραση των ατελειών στη φωτοαγωγιμότητα και τα φαινόμενα που σχετίζονται με αυτή. Από τις μετρήσεις του φάσματος της φωτοφωταύγειας, και του φάσματος της φωτοαγωγιμότητας, προσδιορίστηκε το ενεργειακό χάσμα του GaN 3,39 eV σε θερμοκρασία 300 Κ. Συγκεκριμένα από τη μελέτη του φάσματος της φωτοφωταύγειας για διάφορες θερμοκρασίες, επιβεβαιώνεται τόσο η κρυσταλλική δομή βουρτσίτη του δείγματος, όσο και η σχέση που περιγράφει τη μεταβολή του ενεργειακού χάσματος με τη θερμοκρασία στην περιοχή θερμοκρασιών έως 300 K. Επίσης, από τις μετρήσεις της αγωγιμότητας στην κατάσταση σκότους συναρτήσει της θερμοκρασίας, προσδιορίζεται η ενέργεια ιονισμού της κυρίαρχης στάθμης δοτών ~11,5 meV (τιμή κοντά στην ενέργεια ιονισμού του VN).
Από τις μετρήσεις των μεταβατικών καταστάσεων, αύξησης και μείωσης της φωτοαγωγιμότητας (λόγω ενδογενούς και εξωγενούς απορρόφησης), παρατηρήθηκαν οι μεγάλοι χρόνοι μέχρι να φτάσουν τα δείγματα στη σταθερή κατάσταση φωτοαγωγιμότητας αλλά και αποκατάστασης των δειγμάτων (παραμένουσα φωτοαγωγιμότητα). Το φαινόμενο της παραμένουσας φωτοαγωγιμότητας αποδίδεται στη μετασταθή φύση των ενδογενών ατελειών του GaN, οι οποίες υπόκεινται σε εφησυχασμό πλέγματος κατά την αλλαγή της κατάστασης φορτίου, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός φραγμού που εμποδίζει την επαναπρόσληψη των φορέων από τα κέντρα. Επίσης, μελετάται η υπό γραμμική σχέση της φωτοαγωγιμότητας με τη ροή φωτονίων στην επιφάνεια του δείγματος Δσ ∝ Φγ και υπολογίστηκε γ = 0,58 (για την περίπτωση ακτινοβολίας 280nm), με βάση ένα απλό μοντέλο που περιλαμβάνει παγίδες και των δύο ειδών φορέων και κέντρα επανασύνδεσης. Τέλος, μελετάται το φαινόμενο της οπτικής μείωσης τη φωτοαγωγιμότητας, όταν τα δείγματα βρίσκονται ταυτόχρονα υπό δύο πηγές ακτινοβολίας διαφορετικής ενέργειας. Το φαινόμενο διεγείρεται από ακτινοβολία ενέργειας σε ευρύ φάσμα 1,3 – 2,6 eV και φαίνεται να συμμετέχουν και τα δύο είδη παγίδων, αν και οφείλεται κατά κύριο λόγω στις παγίδες οπών σε τύπου n υλικά.
(EL)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές”
(EL)
National Technical University of Athens
