ELECTRONIC AND OPTICAL PROPERTIES OF POLYCRYSTALLINE SEMICONDUCTING FILMS

HAL Id: jpa-00221776

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00221776

Submitted on 1 Jan 1982

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

ELECTRONIC AND OPTICAL PROPERTIES OF POLYCRYSTALLINE SEMICONDUCTING FILMS

K. Chopra, V. Dutta

To cite this version:

K. Chopra, V. Dutta. ELECTRONIC AND OPTICAL PROPERTIES OF POLYCRYSTALLINE SEMICONDUCTING FILMS. Journal de Physique Colloques, 1982, 43 (C1), pp.C1-141-C1-152.

�10.1051/jphyscol:1982120�. �jpa-00221776�

JOURNAL DE PHYSIQLE

Colloque CI, supplgment au n o 10, Tome 4 3 , octobre 1982 ^{page C1-141}

ELECTRONIC AND OPTICAL PROPERTIES OF POLYCRYSTALLINE SEMICONDUCTING F I LMS

K.L. C h o p r a a n d V. D u t t a

Physics Department, Indian I n s t i t u t e o f Technology, New Delhi-110016, India

R6sumQ.- La m i c r o s t r u c t u r e d e s f i l m s s e m i - c o n d u c t e u r s p o l y c r i s t a l l i n s d e p e n d Q t r o i t e m e n t d e s p r o c e s s u s d e n u c l e a t i o n e t d e c r o i s s a n c e e t d o n c d e s c o n d i t i o n s d e d e p ^ o t . En g e n Q r a l , u n e c r d i s s a n c e a n i s o t r o p e s o u s f o r m e d e c o l o n n e s s g p a - r Q e s p a r d e s r e g i o n s i n t e r g r a n u l a i r e s p r e n d p l a c e d a n s l e f i l m . La s t r u c t u r e Q l e c t r o n i q u e d e s r e g i o n s i n t e r g r a n u l a i r e s d Q p e n d d u T y p e e t d e l a c o n c e n t r a - t i o n d e s p i e g e s , d Q f a u t s e t i m p u r e t g s p r e s e n t s . En p l u s , d e l ' i n f l u e n c e d e l l Q p a i s s e u r , l e p o t e n t i e l d u j o i n t d e g r a i n a f f e c t e l a c o n c e n t r a t i o n e t / o u l a m o b i l i t g d e s p o r t e u r s i m p l i q u e s d a n s l e p r o c e s s u s d e t r a n s p o r t . L ' a b s o r p t i o n o p t i q u e , l a p o s i t i o n et l a f o r m e d u b o r d d ' a b s o r p t i o n d e s c o u c h e s m i n c e s d e s s e m i - c o n d u c t e u r s d e p e n d e n t d e l a m i c r o s t r u c t u r e . L e s r g s u l t a t s s u r l e t r a n s - p o r t Q l e c t r o n i q u e e t l e s p r z 1 p r i e t 6 s o p t i q u e s d e q u e l q u e s c o u c h e s m i n c e s d e c h a l c o g Q n u r e s e t o x y d e s s e m i - c o n d u c t e u r s s e r o n t r Q v i s 6 s & l a l u m i e r e d e q u e l - q u e s p h e n o m h n e s i n t e r g r a n u l a i r e s . La p o s s i b i l i t 6 d ' a c t i v a t i o n o u d e p a s s i v a - t i o n d e l ' a c t i v i t g Q l e c t r o n i q u e d e s j o i n t s d e g r a i n s e t l e u r s e f f e t s s u r l e s p e r f o r m a n c e s d e d i s p o s i t i f s t e l s q u e c e l l u l e s s o l a i r e s e n c o u c h e m i n c e , e t v a r i s t o r s e r o n t d i s c u t b s .

A b s t r a c t . - T h e m i c r o s t r u c t u r e o f p o l y c r y s t a l l i n e s e m i c o n d u c t i n g f i l m s i s s t r o n g l y d e p e n d e n t o n n u c l e a t i o n a n d g r o w t h p r o c e s s e s a n d h e n c e d e p o s i t i o n p a r a m e t e r s . I n g e n e r a l , a n i s o t r o p i c g r o w t h i n t h e f o r m o f c o l u m n s s e p a r a t e d by i n t e r g r a n u l a r r e g i o n s t a k e s p l a c e i n t h e f i l m . T h e e l e c t r o n i c s t r u c t u r e o f t h e i n t e r g r a n u l a r r e g i o n s d e p e n d s o n t h e t y p e a n d c o n c e n t r a t i o n o f t r a p s , d e f e c t s a n d i m p u r i t i e s p r e s e n t . B e s i d e s t h e t h i c k n e s s d e p e n d e n c e . g r a i n b o u n d a r y po- t ~ n t i a l a f f e c t s t h e c o n c e n t r a t i o n a n d / o r m o b i l i t y o f t h e c a r r i e r s i n v o l v e d i n t h e t r a n s p o r t p r o c e s s e s . T h e o p t i c a l a b s o r p t i o n a n d t h e p o s i t i o n a n d s h a p e o f t h e a b s o r p t i o n e d g e o f t h e s e m i c o n d u c t i n g f i l m s a r e a f f e c t e d b y t h e m i c r o s - t r u c t u r e . R e s u l t s o n t h e e l e c t r o n t r a n s p o r t a n d o p t i c a l p r o p e r t i e s o f some c h a l c o g e n i d e a n d o x i d e s e m i c o n d u c t i n g f i l m s w i l l b e r e v i e w e d i n t h e l i g h t o f v a r i o u s g r a i n b o u n d a r y phenomena. T h e p o s s i b i l i t y o f a c t i v a t i o n o r p a s s i - v a t i o n o f t h e e l e c t r o n i c a c t i v i t y o f g r a i n b o u n d a r i e s a n d t h e i r e f f e c t s o n t h e p e r f o r m a n c e o f s u c h d e v i c e s a s t h i n f i l n s o l a r c e l l s a n d v a r i s t o r s w i l l b e d i s c u s s e d .

1 . I n t r o d u c t i o n

P o l y c r y s t a l l i n e s e m i c o n d u c t o r f i l m s h a v e a t t r a c t e d a renewed a t t e n t i o n i n v i e w o f t h e i r major a p p l i c a t i o n s i n s u c h a r e a s a s

i n t e g r a t e d c i r c u i t s , v a r i s t o r s , p h o t o c o n d u c t o r s , d e t e c t o r s and s o l a r c e l l s . The e l e c t r o n t r a n s p o r t and o p t o - e l e c t r o n i c p r o p e r t i e e o f such films a r e dominated b y t h e i r p o l y c r y s t a l l i n i t y o r microstructure.

T h i s d e p e n d e n c e can b e e x p l o i t e d i n some c a s e s , w h e r e a s i n o t h e r c a s e s i t i s d e t r i m e n t a l t o t h e d e v i c e performance. An u n d e r s t a n d i n g o f t h e i n t e r p l a y b e t w e e n t h e m i c r o s t r u c t u r e and e l e c t r o n i c p r o p e r t i e s is, t h e r e f o r e , e e a e n t i a l . Some r e v i e w s o n t h e s u b j e c t h a v e a l r e a d y appeared i n l i t e r a t u r e /1,2/. T h i s Review f o c u s s e s o n t h e g r a i n boundary phenomena and c o n s e q u e n c e s t h e r e o f .

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1982120

JOURNAL DE PHYSIQUE

T h i n f i l m s o f e l e m e n t a l and compound s e m i c o n d u c t o r s a r e p r e p a r e d by a v a r i e t y o f e v a p o r a t i o n , s p u t t e r i n g , c h e m i c a l s o l u t i o n , p y r o l y s i s , c h e m i c a l vapour d e p o s i t i o n and e l e c t r o d e p o s i t i o n t e c h n i q u e s /3,4/. I n a l l c a s e s , t h e f i l m grows v i a a n adatom d o m i n a t e d n u c l e a - t i o n p r o c e s s , A f t e r n u c l e a t i o n , t h e f i l m grows i n i t i a l l y l a t e r a l l y and t h e n v e r t i c a l l y a f t e r t h e c o a l e s c e n c e o f t h e i n i t i a l n u c l e i t a k e s p l a c e . The v e r t i c a l g r o w t h i s c o l u m n a r - l i k e . The s i z e d i s t r i b u t i o n , t o p o l o g y and m i c r o s t r u c t u r e o f t h e c o l u m n s depend v e r y much o n t h e p r o c e s s and p a r a m e t e r s o f d e p o s i t i o n . I n g e n e r a l , t h e g r o w t h b e i n g a n i s o t r o p i c , t h e m i c r o s t r u c t u r e s i n , a n d p e r e n d i c u l e r t o , t h e f i l m p l a n e a r e d i f f e r e n t . The s i z e ( i n t h e plane! o f t h e g r a i n s / c o l u m n s f o r a g i v e n m a t e r i a l c a n b e v a r i e d o v e r a w i d e r a n g e f r o m a s m a l l f r a c t i o n oP micron t o s e v e r a l microns, p r i m a r i l y by means of t h e d e p o s i t i o n t e m p e r a t u r e . I f b o t h e u r f a c e e n e r g y a n i s o t r o p y and t h e r m a l d i f f u s i o n ( s u r f a c e and/or volume, a s t h e c a s e may b e ) a r e s i g n i f i c a n t , o r i e n t e d columnar g r a i n s w i t h f a c e t s a r e o b t a i n e d , a s i n t h e c a s e of CdS and ZnO f i l m s /5,6/. I f nu s i g n i f i c a n t s i n t e r i n g and r e c r y s t a - l l i z a t i o n t a k e p l a c e and s e c o n d a r y n u c l e a t i o n o c c u r s , i n t e r t w i n e d b r a n c h e s o f g r a i n s c o n s t i t u t e t h e columns, a s , f o r example, i n S i f i l m s /7/. The g e o m e t r i c a l m i s f i t a t t h e i n t e r f a c e s b e t w e e n g r a i n s / columns p r o d u c e s e h i g h c o n c e n t r a t i o n of a v a r i e t y of d e f e c t s such a s v a c a n c i e s , . vacancy c l u s t e r s , v o i d s , d i s l o c a t i o n s , s t a c k i n g f a u l t s a n d d a n g l i n g bonds, d i s t o r t e d bond l e n g t h s and bond a n g l e s . Thus c o r e r e g i o n of t h e i n t e r f a c i a l r e g i o n / g r a i n boundary i s h i g h l y d i s o r d e r e d and s t r a i n e d . T h i s r e g i o n i s a l s o t h e s i n k o f s e g r e g a t e d and/or a d s o r b e d i m p u r i t i e s . I n t h e c a s e of multicomponent s e m i c o n d u c t o r s , t h e s e r e g i o n s a r e e x p e c t e d t o e x h i b i t n o n s t o i c h i o m e t r y .

I t i s c l e a r Prom t h e p r e c e d i n g d e s c r i p t i o n t h a t t h e p o l y c r y s - t a l l i n i t y o f f i l m s i s a v e r y c o n p l e x s t r u c t u r a l a r r a n g e m e n t o f c r y s - t a l l i t e s u i t h m n s i d e r a b l e s p a t i a l v a r i a t i o n s . C o r r e s p o n d i n g l y , o n e would e x p e c t a r a n g e o f a n i s o t r o p i c e l e c t r o n i c p r o p e r t i e s of the g r a i n boundaries i n a p o l y c r y s t a l l i n e f i l m . Note t h a t t h i s s e e m i n g l y v e r y c o m p l i c a t e d s i t u a t i o n i s s i m p l i f i e d t o a l a r g e e x t e n t i n

s p e c i a l l y p r e p a r e d ( s u c h a s by I ~ B E ) well o r i e n t e d , e p i t a x i a l l y grown f i l m s / 8 , 9 / .

3, G r a i n Boundary S t r u c t u r g

F i e l d i o n m i c r o s c o p y / l o / and t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n micro- s w p y /11/ h a v e r o v i d e d some i n f o r m a t i o n a b o u t t h e s t r u c t u r e o f t h e g r a i n b o u n d a r y ( O Q T r e g i o n i n a few c a s e s . The core o f t h e r e g i o n i s of few a t o m i c d i s t a n c e s . E v i d e n c e f o r t h e e x i s t e n c e o f f i v e and e e v e n a t o m s i n t h e G0 r e g i o n o f Ge h a s b e e n c l a i m e d / 1 2 / . ^AES a n d SINS s t u d i e s /13,14/ h a v e shown i n t e r f a c i a l r e g i o n s i n m r l t i c o ~ o - n e n t h e t e r o g e n e o u s g r a i n s t o b e a few t i m e s l a r g e r t h a n t h e e x p e c t e d I;B r e g i o n s . The e x i s t e n c e of e l e c t r o s t a t i c p o t e n t i a l b a r r i e r s a t t h e b o u n d a r i e s h a s b e e n e s t a b l i s h e d i n s e v e r a l c a s e s b y t h e s t a n d a r d C-V p l o t s / I S / , o p t i c a l s c a n n e r /16/ and EBIC /17/ t e c h n i q u e s , and v 0 l t a ~ e c o n t r a s t ~ e c o n d a r y e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( f o r v a r i s t o r d e v i c e s ) 8 . Deep l e v e l t r a n ~ i e n t s p e c t r o s c o p y (DLTS) /19/ i s now b e r n g u s e d t o examine t h e t r a p d i s t r i b u t i o n a t t h e @ s o

4. S u r f a c e S c a t t e r i n q

E l e c t r o n t r a n s p o r t p a r a m e t e r s ( r e s i s t i v i t y , c a r r i e r c o n c e n t r a - t i o n and m o b i l i t y ) i n p o l y c r y s t a l l i n e s e m i c o n d u c t o r f i l m s e x h i b i t t h i c k n e s s dependence. A t y p i c a l example of' t h i s b e h a v i o u r i s shown i n Fig. 1 f o r CdS f i l m s /20,21/. The t h i c k n e s s d e p e n d e n c e i s a t t r i - b u t e d t o t h e s u r f a c e s c a t t e r i n g of c a r r i e r s which d e p e n d s o n t h e mean

f r e e p a t h o r s c a t t e r i n g l e n g t h o f t h e c a r r i e r s , s c a t t e r i n g c o e f f i c i e n t a n d t h e s u r f a c e p o t e n t i a l ( a r i s i n g d u e t o s u r f a c e s t a t e s ) . T h i s p r o b l e m h a s b e e n s t u d i e d e x t e n s i v e l y a n d r e v i e w e d i n t e x t b o o k s / 1 , 3 / . I n g e n e r a l , t h e r e s i s t i v i t y i n c r e a s e s a n d t h e m o b i l i t y d e c r e a s e s , b y a f a c t o r o f (1 + (I-p) 2 X / d ) w h e r e p i s t h e a v e r a g e f r a c t i o n o f c a r r i e r s s c a t t e r e d s p e c u l a r l y f r o m t h e two f i l m s u r f a c e s , i s t h e e f f e c t i v e s c a t t e r i n g l e n g t h and d i s t h e f i l m t h i c k n e s s . S u r f a c e s c a t t e r i n g becomes more s i g n i f i c a n t w i t h d e c r e a s i n g d e g e n e r a c y o f t h e s e m i c o n d u c t o r f i l m . I f t h e s e m i c o n d u c t o r h a s n o n s p h e r i c a l e q u a l e n e r g y s u r f a c e s , t h e m o b i l i t y d e p e n d s o n t h e c u r r e n t d i r e c t i o n and c a n b e s i g n i f i c a n t l y ( b y a n o r d e r o f m a g n i t u d e ) l o w e r i n some c a s e s . N o t e t h a t a n a n i s o t r o p i c b e h a v i o u r o f m o b i l i t y s h o u l d a l s o b e o b s e r v e d i n a n i s o t r o p i c c o l u m n a r s t r u c t u r e , t h o u g h no e x p e r i m e n t a l e v i d e n c e e x i s t s i n t h e l i t e r a t u r e .

I f s u r r a c e s t a t e s e x i s t , g i v i n g r i s e t o a s u r P a c e f i e l d , b e n d b e n d i n g w i l l t a k e p l a c e a t t h e s u r f a c e /22/. D e p e n d i n g o n t h e n a t u r e of t h e s u r f a c e s t a t e s , m a j o r i t y carriers may b e d e p l e t e d o r e n h a n c e d ( a c c u m u l a t e d ) a t t h e s u r f a c e . I n v e r s i o n may t a k e p l a c e i f t h e b a n d b e n d i n g d u e t o d e p l e t i o n i s s o l a r g e a s t o b r i n g t h e F e r m i l e v e l

( a ) ( b

~ i g . l ( a ) T h i c k n e s s d e p e n d e n c e of m o b i l i t y f o r CdS f i l m s d e p o s i t e d a t t 0 - 1 3 0 ~ ~ and 0 - 1 0 0 ~ ~ . The s o l i d c u r v e i s c a l c u l a t e d f o r

A ^P 1100k( ( ~ e f . 2 0 ) .

F i g . l ( b ) T h i c k n e s s d e p e n d e n c e of H a l l C o e f f i c i e n t f o r CdS f i l m s d e p o e i - t e d a t : 0-100°c, a

-

-

c l o s e r t o t h e v a l e n c e b a n d f o r a n n - t y p e s e m i c o n d u c t o r . The e f f e c t o f b a n d b e n d i n g o n t r a n s p o r t parameters h a s b e e n d i s c u s s e d i n l i t e r a t u r e /1,3/.

The thickness d e p e n d e n c e o f t h e t r a n s p o r t p r o p e r t i e s o f a number o f s e m i c o n d u c t o r f i l m s h a s b e e n e x p l a i n e d i n terms o f s u r f a c e s c a t t e r i n g t h e o r i e s . The p h y s i c a l b a s i s f o r t h e c h o i c e o f s c a t t e r i n g l e n g t h t o e x p l a i n t h e o b s e r v e d r e s u l t s r e m a i n s u n c l e a r . F o r ex mPle, t h e v a l u e o f X r e q u i r e d t o e x p l a i n t h e d a t a o f F i g . 1 i s I 1 0 0

f.

When t h e f i l m t h i c k n e s s i s c o m p a r a b l e t o b o t h t h e a e f f e c t i v e a s c a t t e r i n g l e n g t h and t h e d e e r o g l i e w a v e l e n g t h o f t h e c a r r i e r s , the momentum a l o n g t h e t h i c k n e s s d i r e c t i o n i s q u a n t i z e d , r e s u l t i n g i n

JOURNAL DE PHYSIQUE

q u a s i - d i s c r e t e e n o r g y l e v e l s and s e p a r a t i o n o f t h e c o n d u c t i o n and v a l e n c e b a n d s . I f t h i s s e p a r a t i o n i s c o m p a r a b l e t o t h e o v e r l a p b e t w e e n t h e s e b a n d s a s i n s e m i m e t a l s s u c h a s B i and Sb, t h e t r a n s p o r t p r o p e r t i e s w i l l b e m o d i f i e d c o n s i d e r a b l y and w i l l e x h i b i t o s c i l l a t o r y v a r i a t i o n w i t h f i l m t h i c k n e s s . Such a b e h a v i o u r h a s i n d e e d b e e n o b s e r v e d / 2 3 / , t h o u g h w i t h some q u e s t i o n a b l e a s p e c t s .

A t a s u f f i c i e n t l y l a r g e t h i c k n e s s , t h e t r a n s p o r t p r o p e r t i e s a r e i n d e p e n d e n t o f t h e f i l m t h i c k n e s s a n d d e p e n d l a r g e l y o n t h e m i c r o s t r u c t u r e a n d e l e c t r o n i c phenomena a t t h e g r a i n b o u n d a r y . 5. G r a i n B o u n d a r y E l e c t r o n i c Phenomena

V o l g e r /24/ t r e a t e d c o n d u c t i o n i n p o l y c r y s t a l l i n e f i l m s a s t h a t i n a r e s i s t i v e n e t w o r k c o r r e s p o n d i n g t o a h e t e r o g e n e o u s medium c o n s i s t i n g o f g r a i n and g r a i n b o u n d a r i e s o f two d i f f e r e n t r e s i s t i v i - ties. T h i s g e o m e t r i c a l a p p r o a c h was m o d i f i e d by P e t r i t z /25/ who c o n s i d e r e d a g r a i n b o u n d a r y as a p o t e n t i a l b a r r i e r d u e t o t r a p p i n g o f c h a r g e s f r o m t h e n e i g h b o u r i n g d e p l e t i o n r e g i o n s . Assuming t h e H a l l c o e f f i c i e n t t o b e t h e same a s i n t h e g r a i n , t h e c o n d u c t i o n a c r o s s t h e g r a i n b o u n d a r y i s a t t r i b u t e d t o t h e r m i o n i c e m i s s i o n o v e r t h e p o t e n t i a l b a r r i e t h u s r e s u l t i n g i n t h e well-known m o b i l i t y r e l a t i o n y n / l o e x p ( $ $ / k ~ ) . The e f f e c t i v e m o b i l i t y i n t h o p o l y c r y s t a l l i n e medium i s c a l c u a t e d b y a s s u m i n g t h e a d d i t i v i t y o f t h e i n t e r g r a i n and i n t r a g r a i n r e s i s t i v i t i e s . A c t i v a t e d m o b i l i t y p r e d i c t e d by t h i s model h a s b e e n o b s e r v e d / 2 i n a l a r g e number o f s e m i c o n d u c t o r f i l m s , p a r t i c u l a r - l y t h o s e w h i c h h a v e a h i g h c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n ( d e g e n e r a t e o r n e a r l y s o ) and h i g h l y c o n d u c t i n g g r a i n s .

The F e t r i t z model h a s b e e n r e f i n e d by s e v e r a l a u t h o r s /26-29/

t o a c c o u n t f o r t h e d e p e n d e n c e oP m o b i l i t y o n c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n , d o p a n t c o n c e n t r a t i o n and g r a i n size. S e t o /26/ a s s u m e d t h a t t h e c a r r i e r s f r o m t h e g r a i n a r e t r a p p e d i n t h e t r a p s t a t e s a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s c r e a t i n g a p o t e n t i a l b a r r i e r . f n t h i s c a r r i e r t r a p p i n g model, t h e b a r r i e r h e i g h t a n d d e p l e t i o n w i d t h d e p e n d o n t h e t r a p s t a t e d e n s i t y , c a r r i e r d e n s i t y i n t h e g r a i n and t h e s i z e o f t h e g r a i n . S i n c e t h e number o f t r a p p e d c h a r g e s i n c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o n o f c a r r i e r s i n t h e g r a i n , t h e b a r r i e r h e i g h t s h o u l d i n c r e a s e l i n o a r l y t o r e a c h a maximum when a l l t r a p s a r e f i l l e d . A t h i ~ h e r d o p i n g o r c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n s , t h e b a r r i e r h e i g h t s h o u l d d e c r e a s e d u e t o a d e c r e a s e i n t h e w i d t h o f t h e d e p l e t i o n l a y e r . The b a r r i e r h e i g h t s i n t h e two r e g i m e s a r e g i v e n b y -

Fig.2 The s h a p e o f c o n d u c t i o n b a n d i n a g r a i n o f s i r e b o f a n n - t y p e f i l m f o r : ( a ) n t < NQ ( b ) n t , N L and L O L L a n d (c) n t y N L

a n d L O > [ . _N i s t h e d o p i n g d e n s i t y , n t i s t r a p d e n s i t y and LO i s Debye l e n g t h ( ~ e ? . 2).

w h e r e ii i s t h e c a r r i e r d e n s i t y , n t i s t h e t r a p d e n s i t y ,

e

g r a i n s i z e and ⁶ i s t h e d i e l e c t r i c c o n s t a n t . The a c t i v a t e d m o b i l i t y w i l l show a c o r r e s p o n d i n g v a r i a t i o n w i t h a p r o n o u n c e d m i n i m m a t

d n L-, n t . The e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f S e t o o n p o l y s i l i c o n f i l m s a r e i n good a g r e e m e n t w i t h t h i s model.

O r t o n e t a l . / 2 7 , 2 8 / h a v e d o n e a more d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e t r a p p i n g model t a k i n g t h e g r a i n s i z e i n t o a c c o u n t , a s well a s c o n d u c t i o n b y t h e r m i o n i c e m i s s i o n and d i f f u s i o n o f c h a r g e c a r r i e r s a c r o s s t h e p o t e n t i a l b a r r i e r . F u r t h e r , t h e l i n e a r t e m p e r a t u r e depen- d e n c e o f t h e b a r r i e r h e i g h t a l s o b e e n c o n s i d e r e d . I f N i s t h e

Qa7/2

d o p i n g d e n s i t y , Lo n (ckT/Nq ) i s t h e Oebye l e n g t h , t h r e e c o n d i - t i o n s may occur. (a) f o r n t 4 N!

,

t

t h e r e i s v e r y l i t t l e b a n d b e n d i n g and t h e c o n d u c t i o n b a n d c a n b e assumed t o b e f l a t t h r o u g h o u t t h e g r a i n . The m o b i l i t y i s n o t a c t i v a - t e d b u t t h e c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n shows a n a c t i v a t e d d e p e n d e n c e u i t h a n e n e r g y e q u a l t o t h e t r a p l e v e l p o s i t i o n . T h e s e t h r e e c a s e s a t e i l l u s t r a t e d i n Fig. 2. T h e c o r r e s p o n d i n g e x p e c t e d v a r i a t i o n s i n 40,

F i g . 3 The e x p e c t e d d e p e n d e n c e o f t h e p o t e n t i a l b a r r i e r h e i g h t

qB, m o b i l i t y ^)J a n d a v e r a g e c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n ii o n d o p i n g c o n c e n t r a t i o n i n t h e t h r e e c a s e s o f F i g . 2

( ~ e f .27).

,

u a n d a r e shown i n Fig.3. O r t o n e t a l . / 2 7 / h a v e shown t h a t t h e i r d a t a o n d a r k - a n d p h o t o - c o n d u c t i v i t y o f s p r a y e d CdS f i l m s are c o n s i e t e n t w i t h t h i s a n a l y s i s . The p h o t o c o n d u c t i v i t y b e h a v i o u r o f t h e s e f i l m s h a s b e e n shown t o b e d u e t o c h a n g e s i n c a r r i e r c o n c e n t r a - t i o n a n d / o r m o b i l i t y , d e p e n d i n g o n hou t h e p h o t o e x c i t e d carriers a f f e c t b a n d b e n d i n g i n o n e o f t h e t h r e e c a s e s m e n t i o n e d above.

O u r r e s u l t s o n s p r a y e d ZnG f i l m s s h o u n i n F i g . 4 a r e c o n s i s - t e n t w i t h t h e p r e d i c t i o n s o f F i g . 3. However, i n t h i s c a

sa,

9

JOURNAL DE PHYSIQUE.

-

8 -

10'9 lo*

CARRIER C O N C E N T R A I I O N l c d 3 )

F i g . 4 V a r i a t i o n o f m o b i l i t y and

8'

F i g . 5 T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f m o b i l i t y i n s p r a y e d I n doped ZnO f i l m s w i t h d i P f - e r e n t c a r r i e r c o n c e n t r a - t i o n ( p e r cm3)

n = 5 . 5 x 1070

= 6.9 x l o q 9

n = 1.9 x

t a l i n e S i . 101

b

fq

l i n e a r l y w i t h d o p i n g ( i n d i u m ) c o n n t r t i o n a n d r e a c h e s a maximum f 9

v a l u e o f 0.063 eV a t 5 = 6.5 x 1 0 / c m a n d d e c r e a s e s a t h i g h e r con- c e n t r a t i o n s . The m o b i l i t y i s a c t i v a t e d ( F i g . 5 ) a n d i t i n c r e a s e s o n d o p i n g a n d a n n e a l i n g . D e t a i l e d i n t e r p r e t a t i o n o f t h e d a t a i s b e i n g worked o u t .

I f d o p a n t a t o m s a r e s e g r e g a t e d a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s , t h e CB c o n d u c t i v i t y would d e p e n d o n t h e d o p a n t c o n c e n t r a t i o n /30-36/.

I f t h e i n n e r c o r e o f t h e GEJ r e g i o n h a s s e m i c o n d u c t i n g p r o p e r t i e s s i g - n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h a t o f t h e g r a i n s ( a s i n t h e c a s e o f amor- p h o u s l i k e ~ i ) , it i s e s s e n t i a l t o u s e a c o m p o s i t e e n e r g y b a n d model f o r c a l c u l a t i n g t h e t r a n s p o r t p r o p e r t i e s . To e x p l a i n t h e i r r e e u l t s o n CVD p r e p a r e d S i f i l m s , Nandurah e t a l . /35,36/ h a v e assumed t h e U3 core t o b e h a v e a s a n i n t r i n s i c w i d e b a n d g a p s e m i c o n d u c t o r f o r m i n g a h e t e r o j u n c t i o n w i t h t h e g r a i n . T h e r m i o n i c e m i s s i o n o v e r t h e p o t e n - t i a l b a r r i e r s c r e a t e d w i t h i n t h e g r a i n s d u e t o c a r r i e r t r a p p i n g a t t h e Gf3 a n d t h e n t u n n e l i n g t h r o u g h t h e CB i s p r o p o s e d a s t h e c a r r i e r

t r a n s p o r t mechanism. I f t h e c o r e r e g i o n i s t h i c k , t h e r m i o n i c e m i s s i o n r a t h e r t h a n t u n n e l i n g w o u l d d o m i n a t e . T h i s g e n e r a l i z e d model c a n a c c o u n t f o r t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t d o p a n t s and a n n e a l i n g o n t h e c o n d u c t i v i t y o f S i f i l m .

I t s h o u l d b e p o i n t e d o u t t h a t , i n r e a l f i l m s , t h e s i z e o f g r a i n s a s well a s b o u n d a r i e s and t h e GB a n g l e v a r y s p a t i a l l y . A l s o , t r a p p i n g c e n t r e s would h a v e b o t h s p a t i a l and e n e r g y d i s t r i b u t i o n . A l t h o u g h some t h e o r e t i c a l e f f o r t s / 2 / h a v e b e e n made t o e x a m i n e t h e s e a s p e c t s , a g e n e r a l i z e d p e r c o l a t i o n a p p r o a c h w o u l d b e t h e u l t i - m a t e s o l u t i o n o f t h i s c o m p l e x p r o b l e m .

Fig.6 D o p a n t e f f e c t s o n r e s i s t i v i t y , c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n a n d m o b i l i t y i n s p r a y e d SIQZ f i l m s : ( a ) Sb a n d ( b ) F. The d o p a n t c o n c e n t r a t i o n c o r r e s p o n d s t o t h e c o n c e n t r a t i o n i n t h e s p r a y s o l u t i o n (Ref. 33 a n d 3 4 ) .

6 . G r a i n B o u n d a r v A c t i v i t v

T h e e l e c t r o n i c a c t i v i t y o f a g r a i n b o u n d a r y i s c o n t r o l l e d b y i t s p o t e n t i a l b a r r i e r p r o f i l e and c h e m i c a l a c t i v i t y . By c h a n g i n g t h e g r a i n s i n e and c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n i n t h e g r a i n s , and b y i n c o r p o r a - t i n g d o p a n t s / i m p u r i t i e s a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s , t h e b a r r i e r p r o f i l e c a n b e m o d i f i e d e x t e n s i v e l y i n some p o l y c r y s t a l l i n e s e m i c o n d u c t o r f i l m s s u c h a s t h o s e u s e d f o r p h o t o c o n d u c t o r / d e t e c t o r a n d v a r i s t o r a p p l i c a t i o n s . The r o l e o f a d s o r b e d o x y g e n a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s i n d e t e r m i n i n g t h e p h o t o c o n d u c t i n g b e h a v i o u r o f CdS and PbS f i l m s i s well e s t a b l i s h e d /37,38/. F i g u r e s 6 ( a ) and ( b ) show m a r k e d l y d i f f e r e n t e f f e c t s o f h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f Sb a n d F d o p a n t s i n s p r a y e d Sn02 f i l m s . W h e r e a s s e g r e g a t e d Sb a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s i n c r e a s e s t h e r e s i s t i v i t y , s e g r e g a t e d F d e c r e a s e s it b y l o w e r i n g t h e g r a i n b o u n d a r y p o t e n t i a l . Note t h a t w h e r e a s Sb acts a s a d o p a n t i n t h e g r a i n , t h e p r e s e n c e o f F i n c r e a s e s o x y g e n v a c a n c i e s .

T h e g r a i n b o u n d a r y p o t e n t i a l i s v i v i d l y s e e n i n v o l t a g e i n d u c e d c o n t r a s t SEN i m a g e o f l a r g e g r a i n s i z e ZrQ. U s i n g Y-modula- t i o n , t h e s p a t i a l v a r i a t i o n s a r e d i s c e r n i b l e a s shown i n F i g . 7 . S t u d i e s i n o u r L a b o r a t o r y h a v e e s t a b l i s h e d a c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e p o t o n - t i , a l ( : r ~ f i l o 3n.d t l l a g r a i n b o u n d a r y . A c c o r d i n g to t h e c a l c u l a - t i o n s o f Card and Yang /39/, t h o i n t e r f a c e s k a t e d e n s i t y s h o u l d d e p e n d o n t h e GB a n g l e . K a t m e r s k i /40/ h a s r e p o r t e d t h a t t h e i n t e r - f a c e d e n s i t y i n CuIn S e 2 f i l m s v a r i e s f r o m 1 0 t o ~I O ~ ~ / C ~ ~ . ~ V , ~ d e p e n - d i n g o n t h e a n g l e of t h e g r a i n b o u n d a r i e s .

The g r a i n b o u n d a r y p o t e n t i a l s p l a y key r o l e i n o b t a i n i n g t h e d e s i r e d opto-electronic c h a r a c t e r i s t i c s o f p h o t o c o n d u c t i n g f i l m s and f i e l d d e p e n d e n t e l e c t r i c a l b e h a v i o u r o f p o l y c r y s t a l l i n e v a r i s t o r d e v i c e s /41/. On t h e o t h e r hand, t h e r e c o m b i n a t i o n c e n t r e s a t t h e g r a i n b o u n d a r y l i m i t t h e l i f e time a n d h e n c e t h e c o l l e c t i o n e f f i c i e n c y i n s o l a r c e l l d e v i c e s /42-44/. T h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s o f t h e s e e f f e c t s a n d c o r r e s p o n d i n g e x p e r i m e n t a l r e s u l t s h a v e b e e n r e v i e w e d i n l i t e r a t u r e /42,45,46/.

JOURNAL DE PHYSIQUE

F i g . 7 V o l t a g e c o n t r a s t s e c o n d a r y e l e c t r o n ( Y - m o d u l a t i o n ) m i c r o g r a h o f a ZnO v a r i s t o r ( R e f . la!.

The s p a t i a l v a r i a t i o n o f t h e a c t i v i t y o f a g r a i n b o u n d a r y i n a p o l y c r y s t a l l i n e S i s e m i c o n d u c t o r s o l a r c e l l i s i l l u s t r a t e d b y o u r o p t i c a l s c a n d a t a ( F i g . ^{8 ) .} The a s y m m e t r i c e f f e c t o f a g r a i n b o u n d a r y o n t h e d i f f u s i o n l a n t h o f m i n o r i t y c a r r i e r s i s shown b y t h e E B I C d a t a f o r p o l y s i l i c o n /477. T h e need t o p a s s i v a t e g r a i n b o u n d a r i e s i n s o l a r c e l l d e v i c e s i s o b v i o u s /48/. T h i s i s a c h i e v e d i n t h e c a s e o f S i b y a d s o r b i n g a t o m i c h y d r o g e n a t g r a i n b o u n d a r i e s /49/. DLTS a t u d i e s o n d e u t e r i u m p l a s m a t r e a t e d p o l y s i l i c o n s u p p o r t t h e r e d u c t i o n o f t h e t r a p d e n s i t y . A r a p i d d e c r e a s e i n t h e ESR s i g n a l o n d e u t e r i u m p a s s i v a t i o n h a s a l s o b e e n r e p o r t e d /50/. Such s t u d i e s a r e now b e i n g c a r r i e d o u t o n t h i n f i l m s i n o u r L a b o r a t o r y .

F i g .8 L a s e r s c a n n e d Y-modulation p i c t u r e o f a p o l y s i l i c o n s o l a r c e l l i n s h o r t c i r c u i t c u r r e n t mode. The g r a i n b o u n d a r i e s a r e s e e n b y t h e d e c r e a s e d c u r r e n t .

o 2 F i g . 9 N o r m a l i z e d a b s o r p t i o n c o - e f f i c i e n t (w.r.t. t h e a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t a t t h e e n e r g y g a p ) o f CdS f i l m s , Group 1 h a v i n g 1 0 0 0 8 c r y s t a l l i t e s , Group 2 h a v i n g a f e u l a r g e c r y s - t a l l i t e s , a n d Group 3

o 2 h a v i n g 5 0 0 A' c r y s t a l l i -

t e s . @ i n d i c a t e s f i l m s d e p o s i t e d i n vacuum a n d 0 i n d i c a t e s f i l m s e x p o s e d t o

o 2 a i r d u r i n g d e p o s i t i o n . The

s o l i d l i n e s show t h e c a l -

0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6

Eg - hwleVI c u l a t e d d e p e n d e n c e f r o m

Dow-Redfi e l d model (Ref. 5 4 ) .

7. O p t i c a l P r o p e r t i e s

T h e g r a i n b o u n d a r i e s i n p o l y c r y s t a l l i n e s e m i c o n d u c t o r f i l m s i n f l u e n c e o p t i c a l a b s o r p t i o n p r o c e s s e s i n s e v e r a l ways: (1) The GB c o r e i s h i g h l y d i s o r d e r e d a n d may h a v e b a n d g a p a n d p o l a r i z a b i l i t y d i f f e r e n t f r o m t h a t o f t h e g r a i n / 5 1 / , ( 2 ) Due t o d i s o r d e r , t h e s e l e c t i o n r u l e s a r e r e l a x e d and a l l o p t i c a l t r a n s i t i o n s a r e a l l o w e d , ( 3 ) An e l e c t r i c f i e l d i n t h e d e p l e t i o n r e g i o n a r o u n d t h e g r a i n boun- d a r y i n c r e a s e s a b s o r p t i o n a n d p r o d u c e s t a i l i n g o f t h e b a n d e d g e s t h r o u g h F r a n z - K e l d y s h e f f e c t /52-54/. G e n e r a l l y s p e a k i n g t h e g r a i n b o u n d a r y v o l u m e i s a s m a l l f r a c t i o n o f t h e t o t a l volume o f t h e f i l m a n d h e n c e t h e o p t i c a l a b s o r p t i o n p r o c e s s e s are n o t s i g n i f i c a n t l y a f f e c t e d . T h i s s i t u a t i o n , however, c h a n g e s i n c a s e of m i c r o p o l y c r y s - t a l l i n e f i l m s w i t h g r a i n s i z e 4 5 0 0 A'. Due t o l a r g e s u r f a c e t o volume r a t i o , s u r f a c e g a s a d s o r p t i o n and t h e a s s o c i a t e d g r a i n b o u n d a r y p o t e n t i a l c h a n g e s become p r o m i n e n t .

A g r a i n s i z e d e p e n d e n t a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t , t a i l o f t h e a b s o r p t i o n e d g e and o p t i c a l c o n s t a n t s are cornmanly s e e n i n o x i d e a n d c h a l c o g e n i d e m i c r o p o l y c r y s t a l l i n e f i l m s . F i g u r e 9 s h o w s t h e e f f e c t o n n o r m a l i z e d ( t o u n i t y a t t h e e n e r g y g a p ) a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t f o r CdS f i l m s o f d i f f e r e n t g r a i n s i z e s ( r a n g i n g f r o m 1 0 0 0 If f o r g r o u p 1 l e s s t h a n 5 0 0 P? f o r g r o u p 3) d e p o s i t e d i n vacuum, a n d e x p o s e d t o air d u r i n g d e p o s i t i o n . T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f Bu j a t t i a n d Marcel ja /54/ a r e i n good a g r e e m e n t w i t h t h e c a l c u l a t i o n s b a s e d o n t h e Dow- R e d f i e l d model /52,53/ o f t h e F r a n z - K e l d y s h e f f e c t ,

The o p t i c a l c o n s t a n t s o f a p o l y c r y s t a l l i n e f i l m c a n b e c a l - c u l a t e d b y u s i n g a n e f f e c t i v e medium t h e o r y f o r i n h o m o g e n e o u s m a t e r - i a l s . Assuming b u l k o p t i c a l c o n s t a n t s f o r t h e g r a i n s a n d e x p e r i - m e n t a l l y e s t i m a t e d g r a i n b o u n d a r y volume, t h e o p t i c a l c o n s t a n t s of t h e g r a i n b o u n d a r y h a v e b e e n c a l c u l a t e d f o r s o l u t i o n grown P ~ s f i l m s . Our r e s u l t s show t h a t t h e o p t i c a l c o n s t a n t s o f t h e GB r e g i o n s a r e s l i g h t l y s m a l l e r t h a n t h o s e o f t h e g r a i n s ,

JOURNAL DE PHYSIQUE

8. C o n c l u s i o n s

The g r a i n boundary e l e c t r o n i c phenomena a r e v a r i e d , complex and i n t e r e s t i n g , More e f f o r t s a r e needed t o f o c u s a t t e n t i o n o n i n d i v i d u a l g r a i n b o u n d a r i e s b y u s i n g m i c r o a n a l y t i c a l p r o b e s . W i t h b e t t e r u n d e r s t a n d i n g , more e f f e c t i v e a c t i v a t i o n o r p a s s i v a t i o n o f t h e g r a i n b o u n d a r i e s s h o u l d b e p o s s i b l e , t h e r e b y i m p r o v i n g t h e performance of v a r i o u s p o l y c r y s t a l l i n e semiconductor f i l m devices.

R e f e r e n c e s

1. K a z m e r s k i L.L., ed., * P o l y c r y s t a l l i n e and Amorphous T h i n ~ i l m $ and D e v i c e s * (1980) ( ~ c a d e m i c Press, Neu York).

2. O r t o n J.W., and P o w e l l M.J., Rept. P r o g r . Phys. 43 (1980) 1263.

3. Chopra, K.L., 'Thin F i l m Phenomena* (1969) (McGraw- ill, New York)

.

4. Campbell O.S. i n ' A c t i v e and P a s s i v e T h i n f i l m D e v i c e s * (T.J. C o u t t s ed.) (1978) ( ~ c a d e m i c Press, New York).

5. Chopra K.L. and Das S.R. * T h i n F i l m S o l a r C e l l s n (1982) (Plenum, New ~ o r k ) .

6. A r a n o v i c h ,J. O r i t z A. and Bube R.H., 3. Vac. S c i , Technol.

16 (1979) 994.

7. S u T.L., Chu S.S. Vandenleen G.A. and Boyd 3 . R e , S o l i d - S t a t e E l e c t r o n . 2 ( 1 9 7 8 j 781,

8. f i a t t h e w s J.W., ed., ' E p i t a x i a l ~ r o w t h ~ ( 1 9 7 5 ) (Academic,New York).

9. Wood C.E.C. i n " P h y s i c s o f T h i n F i l m s * Vol. 11 (G. Hass and M.H. francombe eds.) (1980) (Academic Press, New York).

10. N u l l e r E.W. and Tsong T.T., * F i e l d I o n Microscopym (1969) (American E l s e v i e r , New York)

.

11. Grundy P.J. and Jones G.A., * E l e c t r o n Microscope i n Study o f M a t e r i a l s n (1976) (Edward Arnold, London).

12, K r i v a n e k O.L., I s o d a S. and Kobayashi K., P h i i . Rag. z ( 1 9 7 7 ) 931.

13. Cohen M.J., H a r r i s J .S. and Waldrop J .R. i n n G a l l i u m Arsenide and R e l a t e d Co oundsn (c.M. W o l f e ed.) (1979) ( I n s t i t u t e o f P h y s i c s , L o n d o T .

14, K a z m e r s k i L.L., J. Vac. Sci. Technol. 20 (1982) 423.

15. Seager C.H. and G i n l e y D.S., Proc. P h o z v o l t a i c Mat. D e v i c e Measurements Workshop : Focus P o l y c r y s t a l l i n e T h i n F i l m C e l l s

-

V i r g i n i a (1979).

16. M a r t i n e z J,, C r i a d o A. and P i q u e r a s J . , J. Appl. Phys.

5 1 (1981) 1301,

17.

-

18. Chopra K.L., B h a r a t Bhuehan and Kashyap S.C., J. Appl. phys.(1982).

19. C r i a d o A . , Alonso 8. and P i q u e r a s J., E l e c t r o n . L e t t s .

fi (1978) 622.

20. K a z m e r s k i L,L., B e r r y W.B. and A l l e n C.W., J. A p p l e P h ~ s * 43 (1972) 3515.

21.

-

22. Many A., G o l d s t e i n Y. and ~ r o v e r 7 . B . ~ *Semiconductor SurfacesN (1965) ( N o r t h - ~ o l l a n d , ~ m s t e r d a m )

.

23. O g r i n Yu., F. L u t s k i i V,N. and E l i n s o n M.I., s o v i e t Phys. JETP L e t t e r s 5 (1966) 71.

24. V o l g e r J., Phys. Rev. 2 (1950) 1023.

25. P e t r i t z R.L., Phys. Rev. 104 (1956) 1508.

26. Seto J .Y.W,, 3. Appl. Phys. 46 (1975) 5247.

27. O r t o n J.W., C o l d s m i t h B.3., ~ h z m a n J.A. and P o w e l l M-J*, 3. Appl. Phys. 53 (1982) 1602.

28. O r t o n J .W., ~ h i n ~ o l i d F i l m s 86 (1981) 351.

29. B e r g e r H., Phys. S t a t u s S o l i d i (1961) 739.

Cowher M.E. and Sedswick T.O., 3. Electrochem. Soc,

49.

SO.

119 (1978) 1565. -

F r i p p A.L. and S l a c k L.H., J. E l e c t r o c h e m . Soc. 2 (1978) 145.

D u t t a V.. Nath P. and C h o ~ r a K.L.. T h i n S o l i d F i l m s 59 (1979) 263.

x a n t h i E., D u t t a V., B a n e r j e e A. and Chopra K.L., J. Appl. Phys.

51 (1980) 6243.

-

53 (1982) 1615.

x n d u r a h M.N., S a r a s u a t K.C. and Kamins T.I., fEEE Trans.

E l e c t r o n . Dev. ED-28 (1981) 1163.

Nandurah M.M., Saraswat K.C. and Kamins T.I., IEEE Trans.

E l e c t r o n Dev. ED-28 (1981) 1171.

Bube R.H., " P h o t o c o n d u c t i v i t y o f S o l i d s a ( 1 9 6 0 ) ( ~ i l e ~ New ~ o r k ) . E p s e v i k S., Wu C., Bube'R.H., 3 . A p p l . Phya. 42 ( 1 9 7 1 j 3513.

Card H.C. and Yang E.S., IEEE Trans. E l e c t r o n ~ ~ e v . ED-24 (1977) 397.

K a z m e r s k i L.L., S o l i d - s t a t e E l e c t r o n . 21 (1978) 1545.

B h a r a t Bhushan. Ph.D. Thesis. I n d i a n I n s t i t u t e o f Technology, New i i e l h i (1982) ( u n p u b l i s h e d ) .

Ghosh A.K., Fishman C. and Feng T., 3. Appl. Phys. 51 (1980) 446.

K o l i w a d K.N. end Daud T., 1 4 t h IEEE P h o t o v o l t a i c S p e c i a l i s t s Cone. (1980).

R o t h w a r f A., J. Vac. Sci. Technol. 20 (1982) 282.

K a z m e r s k i L.L., 1 4 t h I E E E ~ h o t o v o l t a f c S p e c i a l i s t s Conference (1980).

F r a a s L.R., 3 . Appl. Phys. 49 (1978) 871.

marek J., J. ~ p p l . ~ h y s . s(1982) 1454.

Seager C.H., Sharp O.J., P a n i t J.K.G. and D ' A i e l l o R.V.,

J. Vao. Sci. Technol. 2 (1982f'430.

Seager C.H. and G i n l a y D.S., Appl. Phys. L e t t . 34 (1979) 337.

J o h n s o n R.M., B i e g e l s e n D.K. and Moyer E.D., ~ p p z Phys. L e t t . 40 (1982) 882.

DISCUSSION

D . EGER.- You have mentioned i n y o u r t a ? k t h a t t h e c a r r i e r c o n c e n t r a t j . o n measured by H a l l e f f e c t i s n o t e q u a l t o t h e donor c o n c e n t r s t i o n b e c a u s e o f t r a p p i n g o f c a r r i e r s a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s b u t d o e s r e a l l y t h e l i a l l c o e f f i c i e n t g i v e t h e a c t u a l c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n i n s u c h a d i s o r d e r e d m a t e r - i s 1 ?

K.L. CH0PRA.- I n my t a l n I used t h e t e r m i n o l o g y " e f f e c t i v e c a r r i e r c o r i c a n t r a t i o n "

g i v e n b y t h e H a l l c o e f f i c i e n t . P r o b a b l y t h e r e i s a ~ e r t a i n f a c t o r betwesn t h i s

" e f f e c t i v e " and r e a l c a r r i e r c o n c e n t r a t i o n b u t i t must be c o n s t a n t f o r 3 c e r t a i n l a y e r .

G. HARDEKE.- I-lave t h e e f f e c t s o f l i g h t s c a t t e r i n g a t b o u n d a r i e s and i n t c r f a c i a l r e g i o n s zaken i n t o a c c o u n t i n t h e c a l c u l a t i o n o f t h e o p t i c a l a b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t o f f i n e - g r a i n e d f i l m s ?

K.L. CH0PRA.- The d e t e r m i n a t i o n of t h e o p t i c a l a b s o r p t i o n i s based on measurements o f t o t a l t r a n s m i s s i o n and r e f l e c t i o n . The s p e a k e r i s aware o f t h e problem o f i n t e r n a l s c a t t e r i n g and l o s s .

JOURNAL DE PHYSIQUE

G.K. CELLER.- You showed some d a t a on Gas Immersion L a s e r D i f f u s i o n ( G I L D ) . I t i s c l e a r t h a t l a s e r d i f f u s i o n r e s u l t s i n more p l a n a r p - n j u n c t i o n s , b u t c o u l d you c l a r i f y how i t r e d u c e s r e c o m b i n a t i o n r a t e s a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s ?

K.L. CH0PRA.- The d a t a were p r o v i d e d t o me b y ARCO. I u n d e r s t a n d t h a t more dopant i s d e p o s i t e d a t t h e g r a i n b o u n d a r i e s b y t h i s method and t h u s p r o v i d e s a s h o r t c i r c u i t f o r t h e g r a i n boundary. I t i s a l s o p o s s i b l e t h a t t h e r e c o m b i n a t i o n r a t e i s decreased.

H.F. RATARE.- C o n c e r n i n g t h e t h i n f i l m p r o p e r t i e s , i s n o t t h e s u b s t r a t e most i m p o r - t a n t : i f i t is e.g. a m o n o c r y s t a l o f t h e same t y p e as t h e f i l m o r i n s u l a t o r o r . m e t a l , i t i s w e l l known t h a t f i l m m o b i l i t y and p e r f e c t i o n i n c r e a s e w i t h t h i c k n e s s up t o 1 pm.

K.L. CH0PRA.- S u b s t r a t e i s i m p o r t a n t i n e p i t a x i a l g r o w t h . B u t o t h e r p a r a m e t e r s , such as d e p o s i t i o n t e m p e r a t u r e s , a r e even n o r e i m p o r t a n t . N i c r o s t r u z t u r e o f p o l y c r y s t a l l i n c f i l m s i s o n l y w e a k l y dependent on s u b s t r a t e and f i l m t h i c k n e s s .

A. BRONIATOWSK1.- Are t h e r e t r a n s p o r t e f f e c t s p a r a l l e l t o t h e b o u n d a r i e s ? K.L. CH0PRA.- A c t u a l measurements combine b o t h t y p e o f c o n d u c t i o n , p a r s l l e l and n o r m a l t o t h e b o u n d a r i e s . To my knowledge t h e r e i s no s e p a r a t e s t u d i o s o f t h e s e e f f e c t s .