Вклады поверхностных и объёмных состояний в фотоэмиссии электронов из p+-GaAs(Cs,O) и p-GaN(Cs,O) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

1

На правах рукописи

Пахневич Андрей Александрович

ВКЛАДЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ОБЪЕМНЫХ СОСТОЯНИЙ В ФОТОЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ р^зАв^О) И р-0аМ(Сз,0)

Специальность 01 04 10-«Физика полупроводников»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2008

1 В [;□•; Ш

003172251

Работа выполнена в Институте физики полупроводников СО РАН

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор

Терехов Александр Сергеевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор

Кибис Олег Васильевич,

кандидат физико-математических наук Есаев Дмитрий Георгиевич

Ведущая организация - Институт общей физики РАН

Защита состоится 24 июня 2008 г в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 003 037 01 при Институте физики полупроводников СО РАН по адресу 630090, Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников СО РАН

Автореферат разослан 23 мая 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

Ж

А Г Логосов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При нанесении цезия и кислорода поверхность некоторых полупроводников приобретает состояние эффективного отрицательного электронного сродства (ОЭС) [1] В этом состоянии поверхностный энергетический барьер для электронов снижен настолько, что уровень вакуума лежит ниже дна зоны проводимости в объеме полупроводника Достижение поверхностью состояния ОЭС делает возможным выход в вакуум фотоэлектронов, имеющих в полупроводнике кинетическую энергию порядка тепловой энергии Поскольку такие фотоэлектроны составляют доминирующую часть от общего числа фотоэлектронов, то понижение барьера приводит к существенному увеличению квантовой эффективности эмиттера Эмиттеры с ОЭС широко используются для создания высокочувствительных фотоприемников [1], источников ультра-холодных [2] и спин-поляризованных [3] электронов

Создание фотоэмитгеров с ОЭС с физически предельными характеристиками является важной научно-технической задачей Несмотря на долгую историю исследований, некоторые физические процессы, формирующие картину фотоэмиссии электронов, испускаемых в вакуум эмиттером с ОЭС, остаются непонятыми, и поэтому их исследование имеет научный интерес С другой стороны, исследование данных процессов интересно и с практической точки зрения, так как их понимание дает возможность целенаправленного улучшения характеристик эмиттеров Поиск путей решения данной задачи предполагает как развитие методов исследования физических процессов, определяющих характеристики фотоэмитгеров, так и изучение возможности применения новых материалов в качестве фотоэмитгеров с ОЭС

Интерес к изучению фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний (ПС) границы раздела «полупроводник с ОЭС»-вакуум обусловлен возможностью использования фотоэмиссии для изучения свойств ПС Поверхностные состояния определяют профиль потенциальной энергии на границе раздела, а также скорость поверхностной рекомбинации и, таким образом, влияют на важнейшие характеристики фотоэмиттера квантовую эффективность, величину ОЭС и величину темно-вого тока [1] Важную роль в данных процессах играют ПС с энергиями в запрещенной зоне полупроводника. Фотоэмиссия электронов из ПС остается слабо изученной В частности, не до конца понята возможность исследования фотоэмиссии электронов из ПС запрещенной зоны р+-0аАя(С8,0) с ОЭС из-за маскирующего влияния фотоэмиссии электронов из объемных состояний валентной зоны Для выяснения

этого вопроса и углубления знаний о фотоэмиссии необходимо совершенствовать метод исследования и провести детальное изучение фотоэмиссии электронов из ПС

Интерес к изучению фотоэмиссионных свойств р-0а1Ч(Сз,0) обусловлен перспективой создания на его основе фотоэмитгера с уникальными характеристиками избирательной чувствительностью к излучению ультрафиолетового (УФ) диапазона, рекордно высокой квантовой эффективностью, достигающей 72% [4], малым темно-вым током и устойчивостью эмитирующей поверхности к отравлению остаточными газами Создание совершенных фотодетекторов УФ диапазона позволит решить целый ряд насущных задач в медицине, астрономии и военной области Научный интерес к изучению фотоэмиссии из р-<ЗаМ(С8,0) вызван необычными, по сравнению с другими полупроводниками, свойствами данного полупроводника Хотя принципиальная возможность создания фотоэмитгера с ОЭС на основе р-ОаЭДСв.О) уже показана [5,6,7], но фотоэмиссия электронов из р-ОаГ^Св.О) в вакуум изучена далеко не полностью В частности, в литературе отсутствуют сведения об изучении энергетических распределений фотоэлектронов, эмитированных из р-0аМ(С8,0) в окрестности порога межзонных переходов Имеющиеся немногочисленные данные [5,6,7] об энергетической диаграмме границы раздела р-0аМ(Сз,0)-вакуум различаются и нуждаются в уточнении

Целью работы является исследование фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний р+-0аЛз(Сз,0) и р-0аМ(Сз,0) с отрицательным электронным сродством и уточнение энергетической диаграммы границы раздела р-0аЫ(С8,0)-вакуум Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи

1 развить метод исследования фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний границы раздела р+-0аАз(Сз,0)-вакуум и изучить возможность его использования для определения работы выхода поверхности р^-0аАз(С.?,0) с отрицательным электронным сродством,

2 измерить энергетические распределения электронов, эмитированных из р-(ЗаМ(С8,0) в вакуум, и определить энергетическую диаграмму границы раздела р-ваЩСз.СО-вакуум

Объекты исследования. Объектами исследования выбраны фотокатоды с ОЭС, изготовленные на основе р^-ваАз и р-ОаМ

Выбор полупроводника р+-ОаАз обусловлен тем, что он является основным материалом, используемым для создания фотоэмитгеров с ОЭС Кроме того, система р+-0аАз(С8,0)-вакуум является модельной системой для изучения ПС границы

раздела «полупроводник с ОЭС»-вакуум по следующих причинам Во-первых, современная технология позволяет получать атомарно-чистую атомарно-гладкую и структурно-упорядоченную поверхность р+-ОаЛя Во-вторых, эпитаксиалыше слои р^-ОаАв отличаются низкои плотностью дефектов кристаллической структуры Присутствие этих дефектов нежелательно ввиду того, что они образуют дополнительные электронные состояния, фотоионизация которых может затруднять изучение фотоэмиссии электронов, эмитированных из ПС

Выбор полупроводника р-СаИ вюрцитной кристаллической модификации связан с перспективой его применения в фотоприемниках УФ диапазона Кроме того, выбора обусловлен малоизученностъю фотоэмиссии электронов из фотоэмитгеров с ОЭС на основе р-ваК

Методы исследования. В диссертации используются методы спектроскопии квантовой эффективности фотоэмиссии и фотоэлектронной спектроскопии Положения, выносимые на защиту

1 Исследование фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний в полупроводниках с ОЭС позволяет измерять работу выхода поверхности и ее изменение во внешнем электрическом поле

2 Измерение энергетических распределений электронов, эмитированных р-0аН(Сз,0) в вакуум, позволяет определить энергетическую диаграмму границы раздела р-0аЫ(Сз,0)-вакуум

Научная новизна работы. Все основные результаты диссертационной работы получены впервые и поэтому являются новыми

Научная и практическая ценность работы. В работе получена новая научная информация о закономерностях фотоэмиссии электронов из поверхностных и объемных состояний р+-0аА5(Сз,0) и р-0аМ(Сз,0), уточнен ряд физических характеристик р-СаМ(Сз,0), предложена новая фотоэмиссионная методика измерения работы выхода эмиттера с отрицательным электронным сродством в зависимости от электрического поля Полученные результаты полезны для совершенствования технологии изготовления эмиттеров с отрицательным электронным сродством

Достоверность полученных результатов основывается на использовании апробированных экспериментальных методик, на согласии части полученных результатов с теорией и подтверждается их обсуждением на научных конференциях.

Личный вклад автора. Сборка и настройка измерительного стенда, разработка и написание части программного обеспечения стенда для автоматизации из-

мерений, проведение измерений, а также обработка экспериментальных данных выполнялись автором лично Интерпретация полученных результатов и написание статей проводились совместно с соавторами опубликованных работ

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международном симпозиуме по спинполяризованным источникам и мишеням (Новосибирск, 2003), совещании по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (Новосибирск, 2003), 6-ой всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто - и наноэлек-тронике (Санкт-Петербург, 2004), международном симпозиуме по источникам поляризованных электронов и поляриметрам (Mainz, Germany, 2004), российско-японском семинаре по полупроводниковым поверхностям (Владивосток, 2006), 8-ой российской конференции по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007), а также на семинарах и конкурсах научных работ института физики полупроводников СО РАН

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 работ [А1-А8] Объём и структура диссертации. Диссертация содержит 127 машинописных страниц и включает 30 рисунков, 1 таблицу и список литературы из 117 наименований Диссертация состоит из оглавления, списка основных сокращений и условных обозначений, введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность исследования и выбор объектов исследования, указаны методы исследования, сформулированы цель работы и положения, выносимые на защиту

Первая глава посвящена обзору литературы В разделе 1 1 рассмотрена фотоэмиссия электронов из ПС границы раздела GaAs(Cs,0)-B3KyyM Обзор литературы показал, что некоторым аспектам фотоэмиссии до сих пор уделялось мало внимания В частности, возможность экспериментального изучения фотоэмиссии из ПС p+-GaAs(Cs,0) в окрестности уровня Ферми Ef остается не до конца ясной Трудность исследования фотоэмиссии электронов из ПС в GaAs с ОЭС обусловлена маскирующим влиянием фотоэмиссии электронов из валентной зоны полупроводника при комнатной температуре

В разделе 1 2 рассмотрена фотоэмиссия электронов из GaN(Cs.O) в вакуум Обзор литературы показал, что фотоэмиссия электронов из GaN(Cs,0) в вакуум изу-

чена слабо Остаются неизученными энергетические распределения фотоэлектронов, эмитированных из р-СаМ(Сз,0) в окрестности порога межзонных переходов и, в связи с этим, нет детальной информации об оптических переходах, участвующих в фотоэмиссии Остается неизученной фотоэмиссия горячих электронов Имеющиеся в литературе данные о массе тяжелой дырки в ваЫ и об энергетической диаграмме границы раздела р-0аК(С8,0)-вахуум различаются и нуждаются в уточнении.

В разделе 1 3 на основании сделанных из обзора литературы выводов сформулированы задачи диссертационной работы

Во второй главе описана методика эксперимента Эксперименты выполнены на вакуумных фотодиодах, составной частью которых являются полупроводниковые фотокатоды с ОЭС В разделе 2 1 описаны конструкции вакуумных фотодиодов с р+-0аЛз(Сз,0)- и р-ОаМ(Сз,0)-фотокатодами Для исследования фотоэмиссии электронов из полупроводника с ОЭС использовались методы спектроскопии квантовой эффективности фотоэмиссии и фотоэлектронной спектроскопии Для реализации данных методов был собран измерительный стенд, обеспечивающий измерение спектров квантовой эффективности 0Е(11ш) и энергетических распределений (ЭР) эмитированных фотоэлектронов в диапазоне температур 77-300 К. Измеряемые ЭР являются распределениями по компоненте кинетической энергии Бц, связанной с движением фотоэлектрона вдоль нормали к эмитирующей поверхности Схема измерений и описание измерительного стенда изложены в разделе 2 2 Детали измерения спектров квантовой эффективности и энергетических распределений эмитированных фотоэлектронов изложены в разделах 2 3 и 2 4 соответственно

В третьей главе выполнено исследование фотоэмиссии электронов из заполненных ПС границы раздела р+-6аАз(Сз,0)-вакуум и изучена возможность ее использования для определения работы выхода р+-0аА5(Сз,0) с ОЭС В разделе 3 1 установлено, что понижение температуры р+-ОаАз(С8,0)-фотокатода до 77 К позволяет зарегистрировать новый канал фотоэлектронной эмиссии, не связанный с межзонными оптическими переходами в объеме полупроводника Это демонстрируют измеренные спектр рЕ(Исо) и ЭР, соответствующие различным участкам спектра Измеренные зависимости представлены на рис 1а и рис. 16 соответственно При уменьшении энергии фотонов Йш с ширины запрещенной зоны

до 1 46 эВ квантовая эффективность резко падает, что связано с уменьшением коэффициента оптического поглощения полупроводника При Ьи> 1 46 эВ в

ё ю2

I-

0 в-

1 КГ4 о.

Ё а>

'гГ

е

ш л

о ю41

10

1 1 77К 1 ' 1 • А '

/1 / £

А ' -

/ \ / Пео=1 46 зВ

еи,/ ■ У 1.1.

1 2

1 3

1 4 Тка, ЭВ

1 5

1 6

(а)

00 01 0.2 03 04 05 (б)

е„,эв

Рис 1 Фотоэмиссия электронов из р+-СгаА8(С5,0) при Йш< Ег (а) - спектр С!Е(Й(о), (б) - ЭР для различных энергий фотона.

фотоэмиссии доминируют электроны, возбужденные из валентной зоны, что подтверждается ЭР, измеренными в данной области Их форма не изменяется при изменении Йю Данные распределения сформированы термализованными электронами, при этом высокоэнергетическое экспоненциальное крыло распределения есть проявление больцмановского распределения электронов в объеме полупроводника При Ййк 1 46 эВ в спектре С>Е(Йю) наблюдается плечо и происходит качественное изменение формы ЭР, что указывает на доминирование нового канала эмиссии Высокоэнергетическое крыло в ЭР, соответствующих данному спектральному участку, смещается в сторону меньших энергий при уменьшении Ью, что свидетельствует о наличии значительной доли нетермализованных электронов в эмиссии При этом само крыло сформировано баллистическими электронами, не испытавшими рассеяния в течение всего процесса

фотоэмиссии Анализ величины сдвига АБЬа1 высокоэнергетического крыла ЭР

баллистических электронов при изменении Йсо показал, что Абы1= Айю Факт полной передачи энергии фотона баллистическому электрону подтверждает, что фотоэмиссия при Йш^ 146 эВ обусловлена возбуждением электронов из ПС

границы раздела p+-GaAs(Cs,0)-BaicyyM и не связана с возбуждением электронов из валентной зоны, при котором часть энергии фотона передается дырке Необходимо отметить, что заметный немонотонный характер скорости изменения QE в спектрах QE(ftffl), измеренных в данной работе, обусловлен интерференцией света в фотокатодной гетероструктуре и не связан с оптическими переходами из квазидискретных ПС

В разделе 3 2 изучены основные механизмы формирования спектра QE(hco) вблизи порога внешнего фотоэффекта и установлена возможность измерения работы выхода (р фотоэмиссионным методом Как видно на рис 1а, при hco< 1 30 эВ QE резко падает, что связано с достижением порога внешнего фотоэффекта

Положение порога 6а, соответствует энергетическому расстоянию между верхней границей заполненных состояний и уровнем вакуума Evac. Форма спектра QE(hco) в окрестности еш, а также возможность измерения <р путем измерения £ц, определяются, во-первых, тем, как плавно изменяется с энергией плотность ПС по сравнению с функцией Ферми заполнения состояний, а во-вторых, типом

оптических переходов Для изучения природы фотоэмиссии в окрестности Б^ проведён анализ температурной зависимости спектра QE(ha>) Зависимость представлена на рис 2а Как видно на рисунке, увеличение температуры Т приводит к смещению экспоненциального участка в диапазоне значений QE 2 105-2 101, соответствующего краю межзонного поглощения, в сторону меньших ha>, что обусловлено уменьшением £g Данное смещение приводит к маскированию плеча в спектре QE(bco), наблюдаемого в диапазоне значений QE 10*-2 10что затрудняет выделение вклада фотоэмиссии электронов из ПС границы раздела p+-GaAs(Cs,0)-BaKyyM при температурах выше 183 К В диапазоне значений QE Ю^-Ю1 кривые QE(hco), измеренные при разных температурах, сближаются друг к другу Сближение свидетельствует о более слабой температурной зависимости

порога внешнего фотоэффекта Бц,, чем зависимость Е6(Т) В диапазоне значений QE< 10"® измеренные спектры экспоненциально убывают с уменьшением hco и расходятся в том же порядке, в котором они сближались Из рис 2а следует, что с увеличением Т уменьшается наклон QE(hco) при Ьш:£ Бц, Для установления природы данного эффекта спектры QE(bra) в области порога фотоэмиссии при QE< 5-10'

Рис 2 Температурная зависимость спектра (ЗЕ(Ьсо) р+-0аА8(Сз,0)

(а) - спектр <ЗЕ(Ью) для различных температур,

(б) - зависимость 0Л(Т) Сплошная линия - график функции 6Л= кТ

Лео

были аппроксимированы экспоненциальной функцией QE(hco)°c е9", где 0Л -подгоночный энергетический параметр Зависимость параметра 6л(Т) представлена на рис 26 Из рис 26 видно, что в диапазоне температур 77-183 К значение 0Л близко к тепловой энергии кТ, что свидетельствует, по-видимому, о слабой зависимости плотности ПС от энергии в окрестности Ef по сравнению с энергетической зависимостью функции заполнения Данный факт означает, что в

рассматриваемом диапазоне температур 8Л= ф, и подтверждает возможность измерения работы выхода фотоэмиссионным методом в p+-GaAs(Cs,0) В диапазоне температур 221-300 К рост 0Л(Т) ускоряется, и его величина значительно превышает кТ, что указывает на включение дополнительного канала фотоэмиссии, привносящего дополнительное размытие формы спектра QE(Йо) вблизи порога внешнего фотоэффекта При Йсо< <р такой канал могут формировать только многочастичные оптические переходы С помощью измерения зависимости

12 13 14 15 Гкв, ЭВ

Рис 3 Спектр дЕ(!ио) р^аЛв^О) во

фототока от удельной мощности оптического излучения было установлено, что вклад многофотонных оптических переходов в данной области пренебрежимо мал В связи с этим, вероятной причиной размытия формы <ЗЕ(1ш) вблизи порога фотоэмиссии при Т^ 221К могут являться оптические переходы с поглощением оптических фононов Вероятность таких переходов существенно зависит от плотности пустых ПС в запрещенной зоне, являющихся главным источником темнового тока фотоэмитгера [1]

внешнем электрическом поле

В разделе 3 3 проанализирована

возможность

использования

фотоэмиссии электронов из ПС для изучения эффекта Шоттки, состоящего в уменьшении поверхностного энергетического барьера при увеличении тянущего электрического поля Для этого были измерены спектры <ЗЕ(йа>) в тянущем электрическом поле при 77 К, показанные на рис 3 На рисунке видно, что увеличение электрического поля приводит к сдвигу низкоэнергетической границы спектра в сторону меньших значений Ьсо Анализ измеренных спектров показал, что данный сдвиг, соответствующий изменению <р, находится в хорошем согласии с теоретической зависимостью для классического эффекта Шоттки Это доказывает возможность измерения работы выхода в электрическом поле с помощью фотоэмиссионной методики Главным преимуществом данной методики по сравнению с ранее использовавшимися методиками [8,9] является возможность измерения зависимости работы выхода от электрического поля без использования каких-либо предположений или дополнительных данных

Четвертая глава посвящена исследованию фотоэмиссии электронов из р-0аМ(Сз,0) в вакуум В разделе 4 1 установлены основные типы оптических переходов, сопровождающих фотоэмиссию электронов из р-Са>Г(Сз,0) в вакуум, показана возможность спектральной селекции двух групп фотоэлектронов и исследована группа фотоэлектронов, эмитированных из состояний запрещенной зоны Для этого

1 1 ' . 295К 1 ' 1 » 1

А / Б

в

Ч/ " У 1.1.1

3 4

Ью. ЭВ

(а)

Рис 4 Фотоэмиссия электронов из р-ОаМ(С5,0)

(а) - спектр рЕ(Йсв), (б) - ЭР для различных энергий фотона при йю< £8

были измерены спектр (}Е(Ь<») и ЭР при Бв, показанные на рис 4а и рис 46 соответственно В спектре <ЗЕ(Йю) обнаруживается плечо по форме сходное с тем, которое наблюдается в случае баАз при 77 К, что говорит о наличии канала эмиссии, дополнительного к эмиссии из объемных состояний валентной зоны Полупроводник GaN обладает существенно большей по сравнению с ОаАв величиной Б8, поэтому наблюдение плеча стало возможным при комнатной температуре Трансформация ЭР, соответствующих различным участкам спектра при Ьсо^ Е8, сходна с наблюдающейся трансформацией в случае ОаАэ, что свидетельствует об аналогичном механизме формирования высокоэнергетической части ЭР нетермализованными электронами Независимость формы ЭР и экспоненциальное изменение (2Е(Ью) при

Йсв^ 1 27 эВ свидетельствует о том, что 1 27 эВ Энергетический параметр, соответствующий экспоненциальному участку спектра (}Е(1ю>) при 1ко< 1 27 эВ, равен 60 мэВ и значительно превышает тепловую энергию при комнатной температуре Таким образом, в данном спектральном диапазоне фотоэмиссия может быть сформирована как электронами, эмитированными из окрестности верхней границы спек-

тра заполненных состояний, размытой из-за сильного изменения функции плотности состояний в окрестности Ef, так и электронами, эмитированными с участием многочастичных оптических переходов С помощью измерения зависимости фототока от удельной мощности оптического излучения было установлено, что вклад многофотонных переходов в фотоэмиссию

пренебрежимо мал Поэтому, как и в случае p+-GaAs(Cs,0), возможным типом оптических переходов, участвующих в фотоэмиссии электронов из p-GaN(Cs,0) при fra>< являются переходы с поглощением оптических фононов

Для уточнения природы начальных состояний, участвующих в фотоэмиссии из p-GaN(Cs,0) при hto< 8g, был использован прием, который применялся для случая p+-GaAs(Cs,0) Анализ экспериментальной зависимости энергии баллистических электронов от энергии фотонов ebaJ(hco) показал, что она хорошо описывается линейной функцией с наклоном 1 0 ± 0 1 Данный наклон значительно больше, как это будет показано в разделе 4 2, скорости роста Ebai(ftra) электронов, эмитированных из состояний валентной зоны GaN Это доказывает, что плечо в спектре QE(hco) формируется эмиссией электронов из состояний запрещенной зоны Также с помощью анализа ЕЬа1(Ьга) было определено значение 6^= 1 4 ± 0 1 эВ

Помимо ПС в фотоэмиссии электронов из состояний запрещенной зоны p-GaN(Cs,0) существенную роль могут играть объемные состояния В пользу этого свидетельствуют спектры QE(hm), измеренные на р-СаЫ(СБ,0)-фотокатодах, изготовленных из разных эпитаксиальных шайб Эти спектры показаны на рис 5 Как видно на рисунке, при примерно одинаковых порогах фотоэмиссии отношение

QE фотокатодов 2 и 1 в области hex 8g достигает 10, тогда как при hco> S8 спектры

Tico, эВ

Рис 5 Спектры QE(ñ<a) p-GaN(Cs,СО-фотокатодов, изготовленных из разных эпитаксиальных шайб

(}Е(1\<а) совпадают Такое различие

спектров обусловлено, по-видимому,

большей концентрацией дефектных

состояний в зпитаксиальных слое р-ОаЫ

фотокатода 2 по сравнению с

фотокатодом 1 Косвенно это

подтверждает наблюдаемое размытие

порога межзонного оптического

поглощения в спектре рЕ(Ью)

фотокатода 2, что может быть вызвано

влиянием хаотических электрических и

деформационных полей,

индуцированных дефектами структуры в

, эпитаксиальном слое р-ОаЫ

Рис 6 ЭР электронов, эмитированных из

р-0аЫ(С8,0) в вакуум, для различных РазДел 42 посвящен

энергий фотона при Цщ^е, исследованию фотоэлектронов,

эмитированных из состояний валентной

зоны р-СаЫ(Сз,0) Изучен вопрос о природе роста (}Е(Ь®) при Иш> Е8, видного на рис 5 Рост может быть обусловлен двумя причинами Во-первых, из-за увеличения коэффициента оптического поглощения с увеличением йю уменьшается глубина генерации электронов в полупроводнике и вследствие этого увеличивается эффективность сбора фотоэлектронов эмитирующей поверхностью Во-вторых, с увеличением Йю увеличивается начальная кинетическая энергия фотоэлектронов Высокоэнер-гетичные электроны могут иметь большую вероятность выхода в вакуум, что и обуславливает повышение С?Е Для экспериментального изучения данного вопроса были измерены ЭР в области Йю> еЕ, представленные на рис 6 Как видно на рисунке, при Йю= 3 4-3 6 эВ ЭР повторяют друг друга и изменения начальной энергии фотоэлектронов в полупроводнике, вызванные изменением Йю, нивелируются в результате термализации фотоэлектронов до выхода в вакуум Поэтому в диапазоне 3 4-3 6 эВ вклад горячих электронов пренебрежимо мал, и рост С2Е(Йо>) вызван только увеличением эффективности сбора фотоэлектронов эмитирующей поверхностью Увеличение энергии фотона при йсо> 3 6 эВ приводит к смещению высокоэнергетического крыла в ЭР, что свидетельствует об увеличении вклада горячих фо-

тоэлектронов Поэтому в данной спектральной области может действовать и второй механизм роста С?Е(Йш), связанный с большей вероятностью выхода горячих электронов в вакуум

Анализ измеренных ЭР при по> ь'8 позволяет построить зависимость 8Ьа|(пш) и определить эффективную массу дырки в ОаМ На сегодняшний день в литературе нет устоявшихся данных о массе дырок в ваЫ и поэтому они нуждаются в уточнении Построенная зависимость Еыфо) хорошо описывается линейной функцией с наклоном у= 0 7 ± 0 1 и доказывает, что при межзонном поглощении в ваИ значительная часть энергии фотона передается дырке Из полученной величины у было опредетено значение (0 60 ± 0 15) Шо (гп0- масса электрона в вакууме), соответствующее среднему значению эффективных масс дырок подзон А и В в направлении Д в зоне Бриллюэна

В разделе 4 3 построена энергетическая диаграмма границы раздела р-0аМ(Сз,0)-вакуум на основе результатов, полученных в разделах 4 1 и 4 2, и проанализированы вероятные причины разброса значений ОЭС, полученных разными исследователями Величина ОЭС оказалась равной 1 7 эВ, электронное сродство -0 7 эВ, поверхностный изгиб зон - 2 4 эВ Полученные данные вместе с взятой из читературы [6] глубиной залегания Ег в объеме р-ОаИ были использованы для определения работы выхода Ее величина равна 1 4 эВ и совпадает с измеренным значением Е,ь что, таким образом, показывает возможность измерения работы выхода 1 р-0аМ(Сз,0) фотоэмиссионным методом Сопоставление полученных в данной диссертации параметров энергетической диаграммы с результатами предыдущих исследователей [5,6,7] позволило установить, что разброс значений ОЭС на изучаемых образцах р-СаЫ(Сз,0) обусловлен разбросом значений поверхностного изгиба зон На этом основании сделано предположение, что физической причиной разброса значений ОЭС является льезоэффект в фотокатодной гетероструктуре, вызванный рассогласованием постоянных решеток р-ОаМ-слоя и подложки

В заключении изложены основные результаты и выводы диссертации, указан личный вклад автора в работу

Основные результаты и выводы

1 Экспериментально обнаружена и изучена фотоэмиссия электронов из р+-0аАз(Сз,0) при энергии фотонов меньше ширины запрещенной зоны, обусловленная возбуждением электронов из поверхностных состояний

2 Фотоэмиссия электронов при энергии фотонов меньше ширины запрещенной зоны была впервые использована для измерения работы выхода поверхности р+-0аА5(Сз,0) с отрицательным электронным сродством

3 Установлено, что изменение работы выхода поверхности р+-0аА5(Сз,0) в электрическом поле, измеренное методом спектроскопии квантовой эффективности фотоэмиссии, соответствует теории Шотгки

4 Измерены и изучены энергетические распределения фотоэлектронов, эмитированных из р-0аЫ(Сз,0) в окрестности порога межзонных переходов

5 Установлено, что фотоэмиссия электронов из р-0аМ(Сз,0) при энергии фотонов меньше ширины запрещенной зоны обусловлена возбуждением электронов как из поверхностных состояний, так и из объемных локализованных состояний

6 Анализ зависимости энергии баллистических электронов, эмитированных из р-0аК(С$,0), от энергии фотонов позволил уточнить значение эффективной массы тяжёлых дырок в ОаИ в направлении Д зоны Бриллюэна Оно равно (О 6 ± 0 15) т0, где т0 - масса электрона в вакууме

7 Установлено, что исследование фотоэмиссии электронов из р-0аМ(С8,0) в окрестности порога межзонных переходов позволяет определить основные параметры энергетической диаграммы границы раздела р-0аЫ(Сз,0)-вакуум

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

[А 1 ] Tereshchenko О Е, Pakhnevich А А , Scheibler Н Е, Jaroshevich A S, ShevelevSV, Terekhav A S GaN-(Cs,0) photocathode for polarized electron source — Book of abstracts of the workshop «Polanzcd sauces and target» (PST2003), Novosibirsk, Russia, 2003, p.46

[A2] Пахневич A A , Шайблер Г Э, Шевелев С В, Терещенко О Е, Ярошевич А С, Терехов А С Фотоприемник УФ-диапазона с GaN-(Cs) фотокатодом с отрицательным электронным сродством — Тез докл совещания «Актуальные проблемы полупроводниковой фотоэлектроники» («Фотоника-2003»), Новосибирск, Россия, 2003, с 35 [АЗ]Лахневич А А, БакинВВ, ЯзъковАВ, ШайблерГЭ, ШееелевСВ, Терещенко ОЕ, Ярошевич А С, Терехов А С Энергетические распределения фотоэлектронов, эмитированных из p-GaN(Cs,0) с эффективным отрицательным электронным сродством —Письма в ЖЭТФ, 2004, т 79, №10, с.592-596 [M\Pakhnevich А А , Yazkov А V, Bakin V V, Tereshchenko О Е, Scheibler НЕ, Jaroshevich A S, KosolobovSN, TerekhovAS Quality characterization of NEA-photocathode for PES by beam of photoemission from defect states — Proc. of the workshop on polarized electron sources and polanmeters (PESP2004), Mainz, Germany, 2004, p 959-964 [A5]Пахневич А А Внешний фотоэффект в p+-GaAs-(Cs,0) при энергии фотонов меньшей ширины запрещенной зоны — Тез докл VI всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия, 2004, с 37 [А6\BakmVV, Pakhnevich А А , ZhuravlevAG, ShormkovAN, Tereshechenko О Е, Alperovich VL, Scheibler Н Е, TerekhovAS Semiconductor surfaces with negative electron affinity — e-J Surf Sci Nanotech, 2007, v 5, p 80-88 [А1\Пахиевич A A, БакинВВ, ШайблерГЭ, Терехов А С. Эмиссия баллистических фотоэлектронов из p-GaN(Cs,0) с эффективным отрицательным электронным сродством — ФТТ, 2007, т 49, №11, с 1976-1980 [А8 ]ПахневичАА, БакинВВ, ШайблерГЭ, Терехов А С Определение эффективной массы тяжелых дырок в GaN методом фотоэлектронной спектроскопии. — Тез Докл VIII российской молодежной конференции по физике полупроводников («Полупроводники-2007»), Екатеринбург, Россия, 2007, с 309

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

[1] БеллРЛ Эмиттеры с отрицательным электронным сродством. — Москва «Энергия», 1978 — 192 с

[2] Spectroscopy of nonequilibnum electrons and phonons — Ed by Shank С V and Zakharchenya В P —Amsterdam «Elsevier», 1992 — 307 p

[3] Оптическая ориентация — Под ред Захарчени Б П , Майера Ф — Ленинград «Наука», 1989 —408 с,

[4] UchiamaS, Takagi Y, NigakiM, KahH GaN-based photocathodes with extremely high quantum efficiency —Appl Phys Lett, 2005, v 86, p 103511-3

[5] EyckelerM, MonchW, KampenTU, Dimitrov R., AmbacherO, StutzmannM Negative electron affinity of cesiated p-GaN(OOOl) surfaces — J Vac Sci Technol B, 1998, v 16, №4, p 2224-2228

[6] WuC I, Kahn A Electronic states and effective negative electron affinity at cesiated p-GaN surfaces — J Appl Phys, 1999, v 86, №6, p 3209-3212

[7] Machuca F, Sun Y, Loakemidi К, Pianetta P, Pease RFW Prospect for high III-mtnde electron emitter — J Vac Sci Technol B, 2000, v 18, №6, p 3042-3046

[8] Мусатов A JI, Коротких В Л Влияние сильного электрического поля на фотоэмиссию из GaInAs-фотокатодов с отрицательным электронным сродством — ФТГ, 1978, т 20, №3, с 734-738

[9] Терехов АС, ОрловДА, ЯрошевичАС, Солдатченко Г М, СавченкоИВ, РонжтЛС Влияние силы зеркального изображения на фотоэмиссию электронов из GaAs с отрицательным электронным сродством — ФТТ, 1996, т38, №1, с 306-309

Пахяевич Андрей Александрович ВКЛАДЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ОБЪЁМНЫХ СОСТОЯНИЙ В ФОТОЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ р+-СаАя(С«,0) И р-С«1Ч(С8,0)

Аитореф дисс на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Подписано в печать 21 05 2008 Заказ № 32 Формат 60x84/16 Уел печ л 1 Тираж 100 экз Типография Института катализа им Г К Борескова СО РАН

Список основных сокращений и обозначений.

Введение.

Глава 1. Фотоэмиссия электронов из полупроводников с отрицательным электронным сродством: обзор литературы.

1.1. Фотоэмиссия электронов из GaAs(Cs,0).

1.2. Фотоэмиссия электронов из GaN(Cs,0).

1.3. Постановка задачи.

Глава 2. Методика исследования фотоэмиссии электронов из полупроводника с отрицательным электронным сродством.

2.1. Приготовление и консервация фотокатодов с отрицательным электронным сродством.

2.2. Принципы измерений и описание измерительного стенда.

2.3. Методика измерения спектров квантовой эффективности.

2.4. Методика измерения энергетических распределений эмитированных электронов.

Глава 3. Исследование фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний границы раздела p+-GaAs(Cs,0)-BaKyyM.

3.1. Проявление вклада электронов, эмитированных из поверхностных состояний, в спектре квантовой эффективности.

3.2. Механизмы формирования спектра квантовой эффективности фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний.

3.3. Влияние эффекта Шоттки на спектр квантовой эффективности фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний.

Результаты и выводы главы 3.

Глава 4. Исследование фотоэмиссии электронов из p-GaN(Cs,0).

4.1. Эмиссия электронов из состояний запрещённой зоны p-GaN(Cs,0)

4.2. Эмиссия электронов из состояний валентной зоны p-GaN(Cs,0).

4.3. Энергетическая диаграмма границы раздела p-GaN(Cs,0)-BaKyyM.

Результаты и выводы главы 4.

При нанесении цезия и кислорода поверхность некоторых полупроводников приобретает состояние эффективного отрицательного электронного сродства (ОЭС) [1]. В этом состоянии поверхностный энергетический барьер для1 электронов снижен настолько, что уровень вакуума лежит ниже дна зоны проводимости в объёме полупроводника. Достижение поверхностью состояния ОЭС делает возможным выход в вакуум фотоэлектронов, имеющих в полупроводнике кинетическую энергию порядка тепловой энергии. Поскольку такие фотоэлектроны составляют доминирующую часть от общего числа фотоэлектронов, то понижение барьера приводит к существенному увеличению квантовой эффективности эмиттера. Эмиттеры с ОЭС широко используются для создания высокочувствительных фотоприёмников [1], источников ультрахолодных [2]'и спин-поляризованных [3] электронов.

Создание фотоэмиттеров с ОЭС с физически предельными характеристиками* является важной научно-технинеской задачей. Несмотря* на долгую1 историю исследований, некоторые физические процессы, формирующие картину фотоэмиссии электронов, испускаемых • в вакуум эмиттером с ОЭС, остаются непонятыми, и поэтому их исследование имеет научный интерес. С другой стороны, исследование данных процессов интересно и с практической точки зрения, так как их понимание даёт возможность целенаправленного улучшения характеристик эмиттеров. Поиск путей решения данной задачи предполагает как развитие методов исследования физических процессов, определяющих характеристики фотоэмиттеров, так и изучение возможности применения новых материалов в качестве фотоэмиттеров с ОЭС.

Интерес к изучению фотоэмиссии электронов1 из поверхностных состояний (ПС) границы раздела «полупроводник с ОЭС»-вакуум обусловлен возможностью использования фотоэмиссии для изучения свойств ПС. Поверхностные состояния определяют профиль потенциальной энергии на границе раздела, а также скорость поверхностной рекомбинации и, таким образом, влияют на важнейшие характеристики фотоэмиттера: квантовую эффективность, величину ОЭС и величину темнового тока [1]. Важную роль в данных процессах играют ПС с энергиями в запрещённой зоне полупроводника. Фотоэмиссия электронов из ПС остаётся слабо изученной. В частности, не до конца понята возможность исследования фотоэмиссии электронов, эмитированных из ПС запрещённой зоны p+-GaAs(Cs,0) с ОЭС, из-за маскирующего влияния фотоэмиссии электронов, эмитированных из объёмных состояний валентной зоны. Для выяснения этого вопроса и углубления знаний о фотоэмиссии электронов из ПС необходимо совершенствовать метод исследования фотоэмиссии электронов из ПС, и провести её детальное изучение.

Интерес к изучению фотоэмиссионных свойств p-GaN(Cs,0) обусловлен перспективой создания на его основе фотоэмиттера с уникальными характеристиками: избирательной чувствительностью к излучению ультрафиолетового (УФ) диапазона, рекордно высокой квантовой эффективностью, достигающей 72% [4], малым темновым током и устойчивостью эмитирующей поверхности к отравлению остаточными газами. Создание совершенных фотоэммитеров УФ диапазона позволит решить целый ряд насущных задач в медицине, астрономии и военной области. Научный интерес к изучению фотоэмиссии из p-GaN(Cs,0) вызван необычными, по сравнению с другими полупроводниками, свойствами данного полупроводника. Хотя принципиальная возможность создания фотоэмиттера с ОЭС на основе p-GaN(Cs,0) уже показана [5,6,7], но фотоэмиссия электронов из p-GaN(Cs,0) в вакуум изучена далеко не полностью. В частности, в литературе отсутствуют сведения, об изучении энергетических распределений фотоэлектронов, эмитированных из p-GaN(Cs,0) в окрестности порога межзонных переходов. Имеющиеся немногочисленные данные [5,6,7] об энергетической диаграмме границы раздела p-GaN(Cs,0)-BaKyyM различаются и нуждаются в уточнении.

Цель работы

Целью работы является исследование фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний p+-GaAs(Cs,0) и p-GaN(Cs,0) с отрицательным электронным сродством и уточнение энергетической диаграммы границы раздела p-GaN(Cs,0)-BaKyyM.

Объекты исследования

Объектами исследования выбраны фотокатоды с ОЭС, изготовленные на основе p+-GaAs и p-GaN.

Выбор полупроводника p+-GaAs обусловлен тем, что он является основным материалом, используемым для создания фотоэмиттеров с ОЭС. Кроме того, система p+-GaAs(Cs,0)-BaKyyM является модельной системой для изучения ПС границы раздела «полупроводник с ОЭС»-вакуум по следующих причинам. Во-первых, современная технология позволяет получать атомарно-чистую атомарно-гладкую» и структурно-упорядоченную поверхность p+-GaAs. Во-вторых, эпитаксиальные слои p+-GaAs отличаются низкой плотностью дефектов кристаллической структуры. Присутствие данных дефектов нежелательно ввиду того, что они образуют дополнительные электронные состояния, фотоионизация которых может затруднять изучение фотоэмиссии электронов, эмитированных из ПС.

Выбор полупроводника p-GaN вюрцитной кристаллической модификации связан с перспективой его применения в фотоприёмниках УФ диапазона. Кроме того, выбора обусловлен малоизученностью фотоэмиссии электронов из фотоэмиттеров с ОЭС на основе p-GaN.

Методы исследования

В диссертации используются методы спектроскопии квантовой эффективности фотоэмиссии и фотоэлектронной спектроскопии.

Положения, выносимые на защиту

1. Исследование фотоэмиссии электронов из поверхностных состояний в полупроводниках с ОЭС позволяет измерять работу выхода поверхности и её изменение во внешнем электрическом поле.

2. Измерение энергетических распределений электронов, эмитированных p-GaN(Cs,0) в вакуум, позволяет определить энергетическую диаграмму границы раздела p-GaN(Cs,0)-BaKyyM.

Структура диссертации

Диссертация состоит из оглавления, списка основных сокращений и условных обозначений, введения, четырёх глав, заключения, списка цитируемой литературы.

Во введении обоснованы актуальность исследования и выбор объектов исследования, указаны методы* исследования, сформулированы цель работы и положения, выносимые на защиту.

Заключение. Основные результаты и выводы

1. Экспериментально' обнаружена, и, изучена фотоэмиссия электронов из p+-GaAs(Cs,0) при энергии фотонов меньше ширины запрещённой зоны, обусловленная возбуждением электронов из поверхностных состояний.

2. Фотоэмиссия электронов при: энергии фотонов; меньше ширины запрещённой* зоны была впервые использована для измерения; работы выхода; поверхности? p+-GaAs(Cs,0) с отрицательным; электронным сродством. ; V. \

3. Установлено, что изменение работы выхода поверхности p+-GaAs(Gs,0) в электрическом поле, измеренное методом спектроскопии,.квантовой' эффективности фотоэмиссии, соответствует теории Шоттки.

4. Измерены, и изучены энергетические распределения^ фотоэлектронов,, эмитированных из p-GaN(Cs,0) в окрестности порога межзонных переходов.

5. Установлено, что фотоэмиссия электронов из p-GaN(Cs,0) при энергии-фотонов меньше ширины запрещённой зоны обусловлена возбуждением электронов, как; из поверхностных состояний, так и. из объёмных локализованных состояний. , • ■

6. Анализ зависимости энергии; баллистических электронов, эмитированных из p-GaN(Cs,0), от энергии фотонов позволил уточнить значение эффективной массы тяжёлых дырок в GaN в; направлении А зоны Бриллюэна. Оно равно (0.6 ± 0.15)-Шо, где ш0- масса электрона в вакууме.

7. Установлено, что исследование фотоэмиссии электронов из p-GaN(Gs,О) в окрестности порога межзонных переходов позволяет определить-основные, параметры энергетической диаграммы границы раздела p-GaN(Cs,0)-BaKyyM.

Диссертационная работа была выполнена в лаборатории неравновесных явлений в полупроводниках института физики полупроводников СО* РАН. Сборка- и настройка измерительного' стенда, разработка и написание части программного обеспечения стенда для автоматизации измерений, проведение измерений, а также обработка экспериментальных данных выполнялись автором лично. Интерпретация полученных результатов и- написание статей проводились совместно с соавторами опубликованных работ.

Автор считает приятным долгом поблагодарить своего научного руководителя А.С. Терехова за предоставление интересной темы, руководство и поддержку работы. Автор благодарен А.В. Язькову и D. Gille за помощь в проведении измерений спектров квантовой эффективности и энергетических распределений фотоэлектронов, эмитированных из p-GaN(Cs,0) в вакуум- (разделы 4.1 и 4.2); О.Е.Терещенко за проведение исследований электронных свойств поверхности p-GaN(Cs,0) методами Андерсона и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (раздел 4.3); B.Bi Бакинуч за написание программного обеспечения стенда для автоматизации измерений; Г.Э. Шайблеру, С.Н. Косолобову, В.В. Хатункину, -Н.С. Рудой, Е.Х. Хайри за изготовление вакуумных фотодиодов;

A.С. Ярошевичу за постоянные консультации по техническим вопросам;

B.JI. Альперовичу за полезные дискуссии о физике поверхностных состояний; а также всем сотрудникам лаборатории за повседневную помощь и поддержку, которая способствовала выполнению данной работы.

1., БеллР.Л. Эмиттеры с отрицательным электронным сродством. — Москва: «Энергия», 1978. — 192 с.2.; Spectroscopy of nonequilibrium electrons and phonons. — Ed. by Shank C.V. and Zakharchenya B.P. — Amsterdam: «Elsevier», 1992. — 307 p.

2. Оптическая ориентация. —Под ред. Захарчени Б.П;, Майера Ф. — Ленинград: «Наука», 1989. — 408 с.

3. Uchiama S., Takagi К, Nigaki М., Kah Н. GaN-based photocathodes with extremely high quantum efficiency. — Appl. Phys. Lett, 2005, v.86, p.103511-3.

4. EyckelerM., MonchW., KampenT.U. et al. Negative electron affinity of cesiatedVp-GaN(OOOl) surfaces. — J. Vac. Sci. Technol. B, 1998, v. 16, №4, p.2224-2228.

5. Tereshchenko O.E., Pakhnevich A.A., Scheibler H.E. et al. GaN-(Cs,0) photocathode for polarized electron source. — Book of abstracts of the workshop «Polarized sources and target» (PST2003), Novosibirsk, Russia, 2003, p. 12.

6. Пахневич А.А., Бакин В.В., Язьков А.В. и др. Энергетические распределения фотоэлектронов, эмитированных из p-GaN(Cs,0) сэффективным отрицательным электронным сродством. — Письма в ЖЭТФ, 2004, т.79, №10, с.592-596.

7. В akin V. V., Pakhnevich A. A., Zhuravlev A.G. et al. Semiconductor surfaces with negative electron affinity. — e-J. Surf. Sci. Nanotech., 2007, v.5, p.80-88.

8. Пахневич A.A., Бакин B.B., Шайблер Г.Э., Терехов А. С. Эмиссия баллистических фотоэлектронов из p-GaN(Cs,0) с эффективным отрицательным электронным сродством. — ФТТ, 2007, т.49, №11, с.1976-1980.

9. Sheer J.J., van Laar J. GaAs-Cs: A new type of photoemitter. — Solid State Commun., 1965, v.3, p.189-193.l.Tumbull A.A:, Evans G.B. Photoemission from GaAs-Cs-O. — J. Phys. D: Appl. Phys., 1968, v. 1, №.2, p.155-160.

10. Соболева H.A. Новый класс электронных эмиттеров. — УФН, 1973, т.111, №.2, с.331-353.

11. Ambacher О. Growth and applications of group IH-nitrides. — J. Phys. D: Appl. Phys., 1998, v.31, p.2653-2710.

12. Шретер Ю.Г., Ребане Ю. Т., Зыков В.А., Сидоров В.Г. Широкозонные полупроводники.- —Санкт-Петербург: «Наука», 2001. — 128 с.

13. Optoelectronic devices: Ill-nitrides. — Ed. by Razeghi M. and Henini M. — Amsterdam: «Elsevier», 2004. — 575 p.

14. Дьяконов М.И., Перелъ В.И., ЯсиевичИ.Н. Эффективный механизм энергетической релаксации горячих электронов в полупроводниках р-типа, — ФТП, 1977, т. 11, №7, с.1365-1370.

15. Бехштедт Ф., Эндерлайн Р. Поверхности и границы раздела полупроводников. — Москва: «Мир», 1990. — 488 с.

16. Зенгуил Э. Физика поверхности. — Москва: «Мир», 1990. — 536 с.

17. Margaritondo G. Interface states at semiconductor junctions. — Rep. Prog. Phys., 1999, v.62, p.765-808.

18. Brills on L.J: Metal-semiconductor interfaces. — Surf. Sci., 1994, v.299-300, p.909-927.29\Monch W. Metal-semiconductor contacts: electronic properties: — Surf. Sci., 1994, v.299-300, p.928-944.

19. OypaK., ЛифшицВ.Г., СаранинА.А., Зотов А.В., КатаямаМ. Введение в физику поверхности. — Москва: «Наука», 2006. — 490 с.

20. Guichar G.M., Balkanski M., Sebenne С.A. Semiconductor surface state spectroscopy. — Surf. Sci., 1979, v.86, p.874-887.

21. Araghi-Kozaz H., Brojerdu G., Besanqon M., Dolle P., Jupille J. The role of superoxo-like species in oxidation of alkali metal-precovered GaAs(lOO) surfaces. — Surf. Sci., 1991, v.251-252, p. 1091-1095.

22. Laubschat C., Prietsch M., Domke M. et al. Switching of band bending at the nonreactive CsOx/GaAs(HO) interface. — Phys. Rev. Lett., 1989, v.62, №11, p.1306-1309.

23. Magnusson K.O., Reihl B. Surface electronic structure of submonolayer to full-monolayer coverages of alkali metals on GaAs(llO): К and Cs. — Phys. Rev. B, 1989, v.40, №11, p.7814-7818.

24. Remitters G., Prietsch M., Laubschat C. et al. Oxidation of alkali/GaAs(l 10) interfaces. —J. Electr. Spectr. Relat. Phenom., 1990, v.52, p.79-89.

25. Prietsch M., Domke M., Laubschat С. et al. Mechanisms. of band1 bending at CsOx/GaAs(HO) interfaces: Influence of overlayer stoichiometry and interfacial reactivity. — J. Vac. Sci. Technol. B, 1989, v.7, №4, p.986-990.

26. Su C.Y., Spicer W.E., LindauL Photoelectron spectroscopic determination of the structure of (Cs,0) activated GaAs (110) surfaces. — J. Appl. Phys., 1983, v.54, №3, p.1413-1422.

27. Cao R., Miyano K., Kendelewicz Т., LindauL, Spicer W.E. Low-temperature alkali metal/III-V interfaces: a study of metallization and Fermi level movement. — J. Vac. Sci. Technol. В., 1989, v.7, №4, p.919-924.

28. Cao R, Miyano K., Kendelewicz Т., LindauL, Spicer W.E. Metallization and Fermi-level movement at the Cs/GaAs(l 10) interfaces. — Phys. Rev. B, 1989, v.39, №17, p.12655-12663.

29. Wong M., Heskett D., Dinardo N.J., Plummer E. W. Non-metallic behavior of cesium on GaAs(llO). — Surf. Sci. Lett, 1989, v.208, p. 1-6.

30. HeskettD:, Tang D., Mclean A:B: et al. Metal^iducedr statesV on the GaAs(l 10) surface probed by anglerresolved' pliotoemission spectroscopy. -— Appl. Surf. Sch, 1991, v.48-49, p.260-263.

31. Gregory P.E., Spicer WiE. Photoemissiom studies of the GaAs-Cs interface:

32. Phys. Rev. B, 1975, v. 12,№6, p.2370-2381. • \ЛЪ\БенеманскаяГ.В:\, Дайнека Д:В:, Франк-КаменецкаяК.Э) Электронныесвойства границы, раздела- Cs/GaAs(l 10) и формирование метастабильных Cs-кластеров. — ЖЭТФ, 2001,т. 119^ №2, с.342-349.

33. Мусатов А.Л., Смирнов С.Ю. Спектры поверхностной? фотоэдс и. поверхностные состояния' GaAs(100) с субмоноатомными слоями цезия.

34. ФТТ, 1994, т.36, №1, с.9-19.

35. Терещенко О.Е. Атомная структура и электронные свойства границы раздела GaAs(100)-(Cs,0). —Дис.; канд. физ.-мат. наук. Новосибирск,1999.— 168 с. ■

36. Mperovich V.L.,)Panlish A.G.,,Terefchov A.S., Domination of adatom-induced; over defect-induced?surface;states;;omp-type:^

37. Phys. Rev. B, 1994, v.50, №8, p.5480-5483. ^

38. James L. W., Antypas G.A., Edgecumbe J., MoonR.L., Bell R.L. Dependence on crystalline face of the band bending in Cs20-activated GaAs. — J. Appl. Phys.,.1971, v.42, №12, p.4976-4980.

39. Афанасьев M.B., Филиппов С.JI., Коротких BJI. Спектр поверхностных состояний арсенида галлия при адсорбции цезия и кислорода. — Поверхность, . 1987, т:Г, с. 107-1Т0>

40. Капе Е. О. Theory of photoelectric emission,' from ; semiconductors. — Phys. Rev., 1962, v. 127, №1, p.131-141.

41. Gobeli G. W., Allen F.G. Direct and indirect processes in* photoelectronic emission from silicon. — Phys. Rev., 1962, v.127, №1, p.141-149. .

42. Ballantyne J.M. Effect of energy loss on photoemissive yield near threshold.

43. Phys. Rev. B, 1972, v. 127, №4, p.1436-1455.

44. Scheer J. J., van Laar J. Fermi level stabilization at cesiated semiconductor surfaces. — Solid State Commun., 1967, v.5, p.303-306.

45. Drouhin H.-J., Hermann C., Lampel G. Photoemission from activated gallium arsenide. I. Very-high-resolution energy distribution curves. — Phys. Rev. B, 1985, v.3 Г, №6, p.3859i3871.

46. Santic B. On the hole effective mass and free hole statistics in wurtzite GaN. — Semicond. Sci. Technol., 2003, v.18, p:219-224.

47. Salvador A., Liu G., Kim W. et al. Properties of a Si doped GaN/AlGaN single quantum well. — Appl. Phys. Lett, 1995, v.67, №22, p.3322-3324.

48. Im J.S., MoritzA., Steuber F. et al. Radiative carrier lifetime, momentum matrix element, and hole effective mass in GaN. — Appl. Phys. Lett, 1997, v.70, №5, p.631-633.

49. Brunner D., AngererH., BustarretE. et al. Optical constants of epitaxial AlGaN films and their temperature dependence. — J. Appl. Phys., 1997, .v.82, №10, p.5090-5096.

50. MuthJ.F., LeeJ.H., Shmaginl.K. et al. Absorption coefficient, energy gap, exciton binding energy, and recombination lifetime of GaN obtained from transmission measurements. — Appl. Phys. Lett, 1997, v.71, №18, p.2572-2574.

51. TsenKT., Ferry D.K., Botchkarev A. et al. Direct measurements of electron-longitudinal optical scattering rates in wurtzite GaN. — Appl. Phys. Lett, 1997, v.71, №13, p.1852-1853.

52. Kash J.A., TsangJ.C., HvamJ.M. Subpicosecond time-resolved Raman spectroscopy of LO phonon in GaAs. — Phys. Rev. Lett, 1985, v.55, №19, p.2151-2154.

53. Siegle H., Kaczmarczyk G., Filippidis L. et al. Zone-boundary phonons in hexagonal and cubic GaN. — Phys. Rev. B, 1997, v.55, №11, p.7000-7004.

54. Vennegues P., Leroux M., Dalmasso S. et al. Atomic structure of pyramidal defects in Mg-doped GaN. — Phys. Rev. B, 2003, v.68, p.235214-8.

55. Bandic Z.Z., Bridger P.M., Piquette E.C., McGill T.C. Electron diffusion length and lifetime in p-type GaN. — Appl. Phys. Lett, 1998, v.73, №22, p.3276-3278.

56. Kumakura K, Makimoto Т., Kobayashi N. et al. Minority carrier diffusion length in GaN: dislocation density and doping concentration dependence. — Appl. Phys. Lett, 2005, v.86, p.052105-3.

57. Mansour N., KimK.W., BannovN.A., Littlejohn M.A. Transient ballistic transport in GaN. — J. Appl. Phys., 1997, v.81, №6, p.2901-2903.

58. Kozodoy P., DenBaars S.P., Mishra U.K. Depletion region effects in Mg-doped GaN. — J. Appl. Phys., 2000, v.87, №2, p.770-775.

59. Shiojima K., Sugahara Т., Sakai S. Current transport mechanism of p-GaN Schottky contacts. — Appl. Phys. Lett, 2000, v.77, №26, p.4353-4355.

60. Gotz W., Johnson N.M., Walker J., BourD.P., Street R.A. Activation of acceptors in Mg-doped GaN grown by metalorganic chemical vapor deposition. — Appl. Phys. Lett, 1996, v.68, №5, p.667-669. .

61. Gotz W., Kern R.S., Chen C.H. et al. Hall-effect characterization, of III-V nitride semiconductors for high efficiency light emitting diodes. — Mater. Sci. Eng. B, 1999, v.59, p.211-217.

62. Kozodoy P., Xing H., DenBaars S.P. et al. Heavy doping effects in Mg-doped GaN. — J. Appl. Phys., 2000, v.87, №4, p. 1832-183 5.

63. Srite S., Morkoq H. GaN, A1N and InN: a review. — J. Vac. Sci. Technol. B, 1992, v. 10, №4, p.1237-1266.

64. Kampen T. U., Eyckeler M., Monch W. Electronic properties of cesium-covered GaN(0001) surfaces. — Appl. Phys. Lett, 1998, v.123-124, p.28-32.

65. Dhesi S.S., Stagarescu C.B., Smith KE. et al. Surface and bulk electronic structure of thin-film wurtzite GaN. — Phys. Rev. В, 1997, v.56, №16, p.10271-10275.

66. Simpkins B.S., YuE.T., Waltereit P., Speck J.S: Correlated scanning Kelvin probe and conductive atomic force microscopy studies of dislocation in gallium nitride.— J. Appl. Phys., 2003, v.94, №3, p. 1448-1453.

67. Qiu C.J I., Hoggatt C., Melton W., Leksono M. W., Pankove J.I. Study.of defect states in GaN films by photoconductivity measurement. — Appl; Phys. Lett, 1995, v.66, №20, p.2712-2714.

68. Qiu СЛ., Pankove Jil. Deep; levels and persistent photoconductivity^Tni GaN1 thimfilms. — Appl. Phys. Eett, 1997, v.70^ №l-5j p.l983H985. ^

69. Haag H., Honerlage Bi, Briot O., Aulombard R.L. Influence of defect states on the nonlinear optical properties of GaN; — Phys. Rev. B, 1999, v.60, №16, p.l 1624-11630.

70. Colton J.S. YuP.Y. What determines the emission peak energy of the blue luminescence in highly Mg-doped p-GaN? — Appl. Phys. Lett, 2001, v.78, №17, p.2500-2502.

71. Pankove J.I:, Schade H. Photoemission from GaN. — Appl. Phys. Eett,.1974, v.25, p.53-55.

72. Афанасьев И.В., Бенеменская Г.В., Вихнин B.C., Франк-Каменецкая Г.Э., Шмидт Н.М. Осцилляции в спектрах пороговой фотоэмиссии GaN(OOOl) с субмонослойными Cs покрытиями. — Письма в ЖЭТФ, 2003, т. 77, №5, с. 270-274.

73. Болховитянов Ю.Б., Морозов Б.В., ПаулишА.Г. и др. Полупрозрачный арсенидгаллиевый фотокатод на стекле с чувствительностью до 1700 мкА/Лм. — Письма в ЖТФ, 1990, т. 16, №.7, с.25-29.

74. Pastuszka S., KratzmannD., Wolf A. et al. Elucidation of activation layer model by means of measurements of photoelectron energy distribution curves. — AIP Conf. Proc., 1998, v.421, №.1, p.493-494.

75. Tereshchenko O.E., Chikichev S.I., Terekhov A.S. Composition and structure of HCl-isopropanol treated and vacuum annealed GaAs(100) surfaces. — J. Vac. Sci. Technol. A, 1999, v.17, №5, p.1-7.

76. Rodway D.C., Allenson M.B. In situ surface study of the activating layer on GaAs(Cs,0) photocathodes. — J. Phys. D: АррГ. Phys., 1986, v.19; p.1353-1371.

77. Stocker B. J. AES and LEED study of the activation of GaAs-Cs-0< negative electron affinity surfaces. — Surf. Sci., 1974, v.47, №.2, p.501-513.

78. Терещенко O.E., ШайблерГ.Э., Ярошевич А.С. и др. Низкотемпературная методика очистки* поверхности p-GaN(OOOl) для фотоэмиттеров с эффективным отрицательным электронным сродством. — ФТТ, 2004, т.46, №10, с.1881-1885.

79. Simpson J.A. Design of retarding field energy analyzers. — Rev. Sci. Instrum., 1961, v.32, №.12, p.1283-1295.

80. Enloe C.N. High-resolution retarding potential- analyzer. — Rev. Sci. Instrum., 1993, v.65, №.2, p.507-508.

81. Паулиш А.Г. Исследование электронных свойств поверхности арсенида галлия с адсобрированными слоями цезия и кислорода. — Дис. канд. физ.-мат. наук. — Новосибирск, 1994. — 113 с.

82. Terekhov A.S., Orlov D.A. Photoelectron thermalization near the unpinned surface of GaAs(Cs,0) photocathode. — SPIE Proc., 1995, v.2550, p. 157164.

83. Комолое C.A. Интегральная вторично-электронная спектроскопия поверхности. — Ленинград: «Ленинградский университет», 1986. — 180с.

84. Cutler Р.Н., Davis J. С. Reflection and transmission of electrons through surface potential barriers. — Surf. Sci., 1964, v.l, p.194-212.

85. Терехов А. С, Орлов Д. А. Тонкая структура спектров-термализованных фотоэлектронов, эмитированных из GaAs с отрицательным электронным сродством. — Письма в ЖЭТФ, 1994, т.59, №12, с.827-831.

86. Alperovich V.L., Zaletin V.M., Kravchenko A.F., Terekhov A.S. The influence of phonons and impurities on the broadening of excitonic spectra in gallium arsenide. — Phys. Stat. Sol. B, 1976, v.77,.p.465-472.

87. Абдурахманов К.П., Мирахмедов Ш1., Тешабаев А., Худайбердыев С.С. Особенности* распределения ' плотности состояний в сильно легированном р-GaAs. — ФТП, 1976, т. 10, №4, с.658-664*.

88. Turner W.J., Reese W.E. Absorption of laser-type GaAs at 300 and 77 K. — J. Appl. Phys., 1963, v.35, №2, p.350-352.

89. Андреев В.Э. Размерное квантование и туннелирование электронов в фотоэмиссии из p+-GaAs(Cs,0). — Дис. канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2005. — 107 с.

90. Shamirzaev T.S., Zhuravlev K.S., Yakusheva N.A., Petrenko I.P. New impurity-induced defect in heavily zinc-doped GaAs grown by liquid phase epitaxy. — Semicond. Sci. Technol., 1998, v.13, p.l 123-1129.

91. Varshni Y.P. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors.

92. Physica, 1967, v.34, p.149-154.

93. Fuchs R., Kliewer K.L. Optical modes of vibration in an ionic crystal slab.

94. Phys. Rev., 1966, v. 140, №6, p.A2076-A2088.

95. Ю П., КардонаМ. Основы физики полупроводников. — Москва: «Физматлит», 2002. — 560 с.

96. Monch W. Semiconductor surfaces and interfaces. — Berlin: «Springer-Verlag», 1993. — 366 p.

97. Зи С. Физика полупроводниковых приборов, т.1 — Москва: «Мир», 1984. —456 с.

98. Howorth J.R., Harrner A.L., Trawny E.W., Holtom R., Sheppard C.J.R. Electric field enhancement of escape probability on negative-electron-affinity surfaces. — Appl: Phys. Lett., 1973, v.23, №3, p. 123-124'.

99. Мусатов A.JI., Коротких B.JI. Влияние сильного электрического поля на фотоэмиссию из GaInAs-фотокатодов с отрицательным электронным сродством. — ФТТ, 1978, т.20, №3, с.734-738.

100. Терехов А.С., Орлов Д. А., ЯрошевичА.С. и др. Влияние силы зеркального изображения на фотоэмиссию электронов» из- GaAs с отрицательным электронным сродством. — ФТТ, 1996, т.38,- №1„с.306-309.

101. Шкловский Б.И"., Эфрос A.JI. Электронные свойства легированных полупроводников. — Москва: «Наука», 1979. — 416 с.

102. Kudrawiec R., Sqk G., MisiewiczJ. et al. Room temperature photoreflectance of different electron concentration GaN epitaxial layers. — Mater. Sci. Eng. B, 2002, v.96, p.284-288.

103. Анселъм A.M. Введение в теорию» полупроводников. — Москва: «Наука», 1978. —616 с.

104. Merz С., Kanzer М., Kaufmann U., Akasakil., Атапо Н. Free and bound exitons in thin wurtzite GaN layers on sapphire. — Semibond. Sci. Technol., 1996, v.l 1, p.712-716.

105. Chtchekine D.G., FengZ.C., Chua S.J., Gilliand G.D. Temperature-varied photoluminescence and magnetospectroscopy study of near-band-edge emissions in GaN. — Phys. Rev. B, 2001, v.63, №6, p.125211-7.

106. Witowski A.M., PakulaK., Baranowski J.M., Sadowski M.L., Wyder P. Electron effective mass in hexagonal GaN. — Appl. Phys. Lett., 1999, v.75, №26, p.4154-4155.

107. Drechsler M., Hofmann D.M., Meyer. B.K. et al. Determination of the conduction band electron effective mass in hexagonal GaN. — Jpn. J. Appl. Phys. Part 2, 1995, v.34, №9B, p.Ll 178-L1179.