Charakterisierung tiefer Störstellen in Halbleitern durch Tunnel-ionisation in Terahertzfeldern

Abstract

Die phononenunterstützte Tunnelionisation und andere Feldeffekte wie direktes Tunneln und der Poole-Frenkel-Effekt im elektrischen Feld der Strahlung leistungsstarker FIR-Laser bieten neue Möglichkeiten zur Charakterisierung tiefer Störstellen in Halbleitern. Durch gepulste Bestrahlung mit einem optisch gepumpten FIR-Laser lassen sich homogene elektrische Terahertzfelder hoher Intensität kontaktlos in unstrukturierten Proben erzeugen, die innerhalb großer Frequenz- und Intensitätsbereiche wie statische elektrische Felder wirken. Die Ionisation der Störstellen erfolgt durch einen thermisch aktivierten Defekt-Tunnelübergang im Konfigurationsraum, während zugleich ein Ladungsträger die durch das elektrische Feld deformierte Störstellenpotentialbarriere durchtunnelt. Die Messung des Photoleitungssignals im Terahertz-Strahlungsfeld ermöglicht auf einfache Art und Weise, Parameter wie die Vibrationsfrequenz des Störstellensystems, den Huang-Rhys-Faktor und die Ladung der Störstelle zu bestimmen. Ferner können Tunnelzeiten gemessen und die Struktur adiabatischer Potentiale von Defekten aufgeklärt werden.