Физика полупроводников - Бонч-Бруевич В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Тогда при йсо <.EguEg — йсо Ег коэффициент поглощения дается выражением [6]
где А — постоянная.
В соответствии со сказанным выше коэффициент поглощения действительно оказывается отличным от нуля при На < Ек, но все же быстро убывает с увеличением параметра (Eg — fm)!Er.
С другой стороны, при Йсо > Её и Йоо — Ек ;> Ег получается
§ 10. Электрооптика
А
<й
1
*) Это явление называют эффектом Келдыша—Франца.
€14
ОПТИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ
1гл. XVIII
где Аг—постоянная. При §->0 это выражение (с учетом (10.1)) переходит в формулу (7.13). Поправка, определяемая вторым слагаемым в фигурных скобках в (10.3), оказывается осциллирующей функцией частоты света. Заметим, однако, что условия применимости последнего результата могут оказаться довольно жесткими. Дело в том, что, поднявшись достаточно высоко над нижним краем зоны проводимости, электрон получает возможность участвовать в ряде процессов рассеяния — как упругих, так и неупругих. В результате их рассматриваемое состояние электрона становится нестационарным, что приводит к «размазыванию» осцил-ляционных пиков коэффициента поглощения.
Как видно из формулы (10.2), коэффициент поглощения света в области Йсо < Eg сильно зависит от разности Eg— ft со. Это позволяет, измеряя 7 (со, Щ *), определять ширину запрещенной зоны. Такой .способ применим и к «непрямым материалам»; там он дает ширину «прямой зоны», т. е. энергетическое расстояние между потолком валентной зоны и уровнем зоны проводимости, находящимися в той же точке зоны Бриллюэна. Формулы (10.1)— (10.3) позволяют также, зная Eg, определять приведенную эффективную массу.
§11. Модуляционная спектроскопия
Чувствительность рассмотренных в предыдущем параграфе методов исследования резко повышается, если модулировать постоянное поле сравнительно слабым переменным. При этом модулированной окажется и интенсивность света, прошедшего через образец или отраженного от него. Выделяя переменную составляющую интенсивности, мы получим сигнал, пропорциональный производной коэффициента поглощения (или отражения) по напряженности поля §.
В сущности, не обязательно модулировать именно напряженность электрического поля. В принципе можно периодически варьировать любую величину, от которой зависит коэффициент поглощения (как в присутствии, так и в отсутствие постоянного поля). Выделяя переменную составляющую интенсивности прошедшего или отраженного света, мы найдем производную y или R по этой величине. Эта идея лежит в основе метода модуляционной спектроскопии. Кроме электрсотражения, используются еще следующие методики:
а) Пьезоотражение. Модулируется (например, акустически) механическое напряжение на образце. В результате периодически изменяются значения всех энергетических зазоров—ширины запре-
*) Непосредственно измеряют чаще коэффициент отражения, вычисляя затем у по формулам (1.23) и (1.11).
§ 12]
МАГНЕТООПТИКА
615
щенной зоны, расстояния между потолком валентной зоны и подзоной, отщепленной благодаря спин-орбитальному взаимодействию, и т. д. Исследование переменной составляющей интенсивности отраженного света дает в этом случае информацию о зависимости ширины запрещенной зоны и других величин от давления.
б) Термоотражение. Модулируется температура образца. При этом будут периодически изменяться и все энергетические зазоры (с разными, вообще говоря, коэффициентами). В результате получается информация о температурной зависимости названных величин.
в) Оптическая модуляция отражения (фотоотражение). Эффект Келдыша—Франца имеет место в электрическом поле любого происхождения — лишь бы оно достаточно плавно изменялось в пространстве (т. е. могло рассматриваться как почти однородное). Это относится и к полю, возникающему вблизи поверхности благодаря изгибу зон. Величину его можно изменять, варьируя концентрацию носителей заряда вблизи поверхности. Последнее достигается оптической инжекцией, при которой электроны и дырки создаются сильно поглощаемым светом (не тем, отражение которого изучается). Исследования этого типа дают ту же информацию, что и электроотражение.
г) Катодоотражение. Идея этого метода та же, что и фотоотражения. Разница состоит в том, что теперь электронно-дырочные пары создаются пучком быстрых электронов («катодных лучей»).
д) Модуляция длины волны. При этом определяется производная от коэффициента отражения (поглощения) по частоте, что полезно при обнаружении критических точек. Действительно, согласно формулам (7.7) и (8.7) в критической точке производная dy/da имеет резкий пик.
Подробное рассмотрение методов модуляционной спектроскопии и изложение результатов исследования, полученных таким путем, можно найти в книге [7].
§ 12. Магнетооптика
Влияние магнитного поля на оптические свойства полупроводника связано как с квантованием Ландау, так и с чисто классическими эффектами. С одним из магнетооптических явлений — диамагнитным резонансом — мы уже встречались в гл. IV. Отметим еще двё группы эффектов.
