GaInP异质界面上GaN钝化层的光电子能谱研究与能带对齐
应用物理
2023-10-25 v1 材料科学
摘要
基于III-V族半导体的光电化学(PEC)器件展现出最高的太阳能到电能或太阳能到燃料的转换效率。由于其可调的晶格常数、电子能带结构和有利的光学性质,GaInP是集成和直接太阳能燃料生产中相关的顶部光吸收层或电荷选择性接触。为了增强其表面抵抗导致分解的化学腐蚀的稳定性,我们沉积了GaN保护和钝化层。n型掺杂的GaInP(100)外延层通过金属有机化学气相沉积在GaAs(100)衬底上生长。随后,通过原子层沉积在氧化的GaInP表面生长了1-20 nm的薄GaN薄膜。我们通过X射线和紫外光电子能谱研究了这些多结异质结构的能带对齐。由于光电子的有限发射深度,我们通过一系列单独的测量确定了能带对齐,其中我们要么修改GaInP(100)表面终止,要么修改生长在GaInP(100)缓冲层上的GaN的薄膜厚度。在采用众所周知的富磷(2x2)/c(4x2)重构制备的n-GaInP(100)表面上,我们发现0.34 eV的上向表面能带弯曲(BB),以及由于存在表面态导致的费米能级钉扎。氧化后,表面态被部分钝化,导致BB降低到0.12 eV,并且GaInP和氧化物能带之间的价带偏移(VBO)为2.0 eV。在GaInP(100)缓冲层和GaN钝化层之间,我们确定了1.8 eV的VBO。相应的导带偏移为-0.2 eV,被发现相当小。因此,我们评估GaN钝化层的应用是一个有前景的技术步骤,不仅可以减少表面态,还可以提高光电化学器件表面的稳定性。
引用
@article{arxiv.2310.15212,
title = {Photoemission study and band alignment of GaN passivation layers on GaInP heterointerface},
author = {S. Shekarabi and M. A. Zare Pour and H. Su and W. Zhang and C. He and O. Romanyuk and A. Paszuk and S. Hu and T. Hannappel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.15212},
year = {2023}
}