Сравнение результатов оптических и электрофизических измерений концентрации свободных электронов в образцах <i>n</i>-GaAs, легированных теллуром
Разработана теоретическая модель, позволяющая определять концентрацию свободных электронов в n-GaAs по характеристическим точкам на спектрах отражения в дальней инфракрасной области. Показано что при этом необходимо учитывать плазмон-фононное взаимодействие (в противном случае значение концентрации электронов оказывается завышенным). Получена расчетная зависимость концентрации электронов Nопт от характеристического волнового числа ν+, которая описывается полиномом второй степени. На двадцати пяти образцах арсенида галлия, легированных теллуром, проведены измерения концентрации электронов двумя способами: по традиционной четырехконтактной методике (метод Ван дер Пау) и с помощью разработанного авторами оптического метода (измерения проводились при комнатной температуре). По результатам экспериментов построена зависимость значений концентрации электронов, полученных из холловских данных, Nхолл от значений концентрации электронов, полученных оптическим методом, Nопт. Показано, что эта зависимость описывается линейной функцией. Установлено, что данные оптических и электрофизических измерений совпадают, если концентрация электронов равна Nравн = 1,07 ⋅ 1018 см-3. При меньших значениях холловской концентрации Nхолл Nопт, а при больших - Nхолл > Nопт. Предложена качественная модель, объясняющая полученные результаты. Высказано предположение, что атомы теллура связываются с вакансиями мышьяка в комплексы, вследствие чего концентрация электронов уменьшается. На поверхности кристалла концентрация вакансий мышьяка меньше и, следовательно, должно выполняться условие Nопт > Nхолл. По мере увеличения уровня легирования все больше атомов теллура остается электрически активными, поэтому концентрация электронов в объеме начинает превалировать над поверхностной концентрацией. Однако при дальнейшем увеличении уровня легирования отношение Nхолл/Nопт опять убывает, стремясь к единице. Это, по-видимому, связано с тем, что интенсивность распада комплексов «атом теллура + вакансия мышьяка» при увеличении уровня легирования уменьшается.