Теория поглощения и испускания света в полупроводниках - Грибковский В.П.
Скачать (прямая ссылка):
Б. М. Вул с сотрудниками [285] установили, что в теллури-де кадмия и-типа при концентрации доноров 5-1015 см~3 во всем интервале температур от 80 до 400 °К поглощение
(10.12)
171
обусловлено взаимодействием с оптическими фононами. В образцах с Afd = 2-1017, 2-1018 см~3 заметную роль играет рассеяние на ионизованных примесях. В некоторых образцах с малой подвижностью электронов экспериментальные результаты не укладываются в теоретические представления. В этой работе, по-видимому, впервые высказано предположение о возможности рассеяния электронов на дефектах более сложного типа, чем ионизованные примеси.
М. П. Лисица с сотрудниками [286] при изучении спектра инфракрасного поглощения GaAs также обратил внимание, что уменьшение толщины образцов сопровождается увеличением коэффициента поглощения и ослаблением зависимости Kc.H=f(Я,). Этот эффект можно объяснить, если предположить, что коэффициент поглощения приповерхностного слоя отличается от коэффициента поглощения в объеме образца. При механической полировке в приповерхностном слое образуются сложные дефекты решетки, которые служат дополнительными центрами рассеяния. Рассеяние на крупных дефектах менее чувствительно к длине волны, чем рассеяние на фононах и точечных примесных центрах. Если выделить в чистом виде зависимость к от К в приповерхностном слое, то она будет выражаться формулойк? н =csA,1,8, в то время как в объеме того же образца /с? в =cvK3'1 [286].
С таких позиций легко объяснить, почему в теллуриде кадмия при замене индия бромом в качестве легирующей примеси зависимость показателя степени, в которую возводится X в формулах типа (10.12), от температуры уменьшается, а от концентрации примеси увеличивается [287]. Бром в силу большей химической активности, чем индий, при внедрении в решетку способствует образованию более дефектной структуры кристалла. С понижением температуры роль колебаний решетки уменьшается, и в легированном полупроводнике рассеяние носителей будет происходить в основном на примесных центрах.
Поглощение света при переходах между подзонами одной вырожденной зоны. Во многих полупроводниках на фоне монотонно возрастающей с ростом К кривой поглощения свободными носителями наблюдаются одна, две или три широкие полосы более интенсивного поглощения. Такие полосы обнаружены в германии [288—290], арсениде галлия [291, 292], антимониде галлия >[293], алюминия [294], индия [295], фосфиде галлия [296] и других полупроводниках. Как правило, их интенсивность примерно пропорциональна концентрации свободных носителей. Полосы, наблюдаемые в образцах р-типа, исчезают при переходе к полупроводникам и-типа и наоборот. Положение максимумов полос поглощения и их кон-
172
0,71 г 5 ю га so
o,7t г 5 ю го зо&,мт
Рис. 39. Спектры поглощения образцов AlSb n-типа при 300 °К («) и 78 °К (б) [294]. Номера образцов и легирующий элемент: 1—71-1Те;2—ПТе;3,3'—
12Те; 4, 4’—87-6Se
туры заметно изменяются с понижением температуры. Одни полосы становятся более узкими и резкими, другие вовсе исчезают. Спектр инфракрасного поглощения антимонида алюминия и-типа приведен на рис. 39 [294]. При комнатной температуре в области 4,3 мк четко выступает полоса поглощения, которая сохраняется и при температуре жидкого азота в образцах, легированных теллуром. Если кристалл легирован селеном, то эта полоса заметна только при комнатной температуре. Отдельные пички на кривых при 11,2; 13,5; 22,9; 27,8; 29,8 мкм связаны с поглощением кристаллической решеткой.
Полосы спектрального поглощения, обладающие указанными свойствами и расположенные в длинноволновой части спектра относительного края собственного поглощения полупроводника (§ 6), возникают в результате оптических переходов электронов или дырок между различными подзонами одной и той же зоны проводимости или валентной зоны. Расщепление зон происходит в результате спин-орбитального взаимодействия.
На рис. 40 приведена зонная структура антимонида алюминия [292, 294] вблизи точки [ООО]. Как и в других кристаллах типа цинковой обманки, валентная зона состоит из трех подзон: подзоны тяжелых дырок V\, легких дырок v2 и отщепленной от них в результате спин-орбитального-взаимодействия нижней подзоны v3. Подзона тяжелых дырок в некоторых кристаллах вырождена. Зона проводимости также может состоять из двух и более подзон.
При такой зонной структуре одному и тому же значению волнового вектора электрона в пределах одной зоны будет
173
Рис. 40. Зоииая структура AlSb вблизи точки k—0
соответствовать несколько значений энергии. Поэтому электроны могут совершать прямые и непрямые переходы в зоне проводимости и в валентной зоне. Температурная зависимость возникающих полос поглощения объясняется изменением распределения носителей заряда по уровням энергии зон и зависимостью расстояния между ветвями подзон от волнового вектора [276, 296— 298].
излучательные переходы электро-
В принципе возможны нов в пределах зоны проводимости и дырок в валентной зоне. Однако такое излучение будет чрезвычайно слабым и его следует искать методами лазерной спектроскопии.
