Вклад эффекта Штарка в формирование спектра электронных состояний интерфейса p – GaN(Cs,O) – вакуум / Бакин В.В., Косолобов С.Н., Рожков С.А., Шайблер Г.Э., Терехов А.С.

В [1] теоретически показано, что максимальная напряжённость электрического поля вприповерхностной области пространственного заряда сильнолегированных p-GaN – слоёв можетбыть достаточно велика и вызывать появление нового типа поверхностных состояний,индуцированных «поверхностным» эффектом Штарка (ПЭШ) на приповерхностных атомахполупроводника. В данной работе мы показали, что ПЭШ действительно существует и даёт заметныйвклад в фотоэмиссионные свойства p – GaN(Cs,O) – фотокатодов. Для обнаружения ПЭШ мыизготовили три полупрозрачных p – GaN(Cs,O) – фотокатода, в которых p – GaN – слои освещалисьчерез подложку. Концентрации магния в этих слоях были примерно одинаковы и близки к ~ 1019 см-3,а их толщины (d) существенно различались. Фотокатоды были «встроены» в планарные фотодиоды,позволившие измерить не только спектры их квантовойэффективности (QE), но и энергетические распределенияэмитированных фотоэлектронов. Мы установили, чтоприповерхностный изгиб зон в этих слоях достигал~ 2.5 эВ, так что акцепторы вблизи поверхности былиионизированы и электрическое поле достигало~ 106 В/см. Спектры QE(ħ), измеренные притемпературе 300 К на фотокатодах с разными d,показаны на рисунке. Положение ширины запрещённойзоны (g) р - GaN обозначено на рисунке вертикальнойстрелкой. Из рисунка следует, что QE(ħ) каждогофотокатода быстро возрастает с увеличением hω и достигает локального максимума (ЛМ) при ħвблизи g. Различия положений ЛМ в разных фотокатодах относительно g обусловлены небольшимиразличиями механических напряжений в р – GaN – слоях. Из рисунка следует, что относительнаяамплитуда максимумов в спектрах QE заметно уменьшается с уменьшением d. Важная «особенность»ЛМ состоит в том, что они не наблюдаются в p – GaN(Cs,O) – фотокатодах, освещаемых со стороныэмитирующей поверхности. Возникновение ЛМ в спектрах QE полупрозрачных GaN(Cs,O) –фотокатодов мы объяснили следующим образом. Принято считать, что спектр QE р - GaN(Cs,O) –фотокатода при ħ g определяется, в основном, фотоэлектронами, возбуждёнными из хвостаплотности состояний валентной зоны в объёме сильнолегированного р – GaN – слоя. Из [1] следует,что при приближении ħ к g значительный вклад в QE(ħ) могут давать фотоэлектроны,возбуждаемые с поверхностных состояний, индуцированных ПЭШ. Если QE(ħ) измеряется путёмосвещения эмитирующей поверхности фотокатода, то вклады фотоэлектронов из хвоста плотностисостояний валентной зоны и из ПЭШ – индуцированных состояний суммируются и разделение ихвкладов в полный фототок невозможно. Если QE(ħ) измерять при освещении фотокатода с тыльнойстороны, то при приближении ħ к g значительная часть фотонов будет поглощаться в объёме p –GaN – слоя и не давать вклада в «ПЭШ – индуцированную» фотоэмиссию. Поэтому QE(ħ) будетуменьшаться с увеличением ħ при ħ > g и это уменьшение будет возрастать с увеличением d.