Отражение света - Кизель В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Необходимо, однако, отметить, что при экспериментальном наблюдении эффект, вероятно, будет маскироваться значительно более заметными влияниями поверхностных дислокаций и микрорельефа поверхности, если она не обработана, и текстуры в случае обработки. Экспериментальных данных пока нет. По-видимому, происходит также ряд других явлений; примером тому может служить отражение от поверхности полупроводника (InSb), имеющего тонкий поверхностный слой с повышенной концентрацией носителей. Вблизи
Рис. 73. Зависимости амплитуд компонент отраженного света Ег от угла падения ф.
(Ег при ф=85;в принято за единицу). Сплошные кривые - при наличии поверхностных состояний; 1 - при наличии поверхностного непро* водящего слоя с rt=l,05rti (по формулам Друде); 2 - при наличии объемной проводимости; крестиками показаны компоненты Ег ц
ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
219
плазменных частот коэффициент отражения R меняется; оказывается возможным определить концентрацию тафф носителей [79, 80, 81].
В работе [82] показана возможность исследования областей гетеропереходов, функции распределения носителей и т. п., и дана теорий эффектов.
Подобным методом контролировалась также чистота поверхности InSb [83, 84]; существование поверхностного слоя доказано также для кристаллов GaAs, CdSe [85, 86]. Из этих примеров видно, насколько обширны возможности применения отражения к исследованию полупроводников.
Имеется весьма большое число работ (см., например, [87-89]), в которых наличие поверхностных состояний в полупроводниках обнаруживается по появлению максимума на кривой поглощения [определяемой по отражению по макроскопическим формулам типа (4.16) и
(4.17)], соответствующего каким-то уровням вне зоны проводимости. Исследований важных для проверки теории угловых зависимостей для разных компонент не производилось. Измерения при нормальном падении или одном угле падения позволяют по положению в спектре максимума и, рассчитанного по (4.16) и (4.17), судить о положении уровня относительно основной зоны, но не
о его природе или происхождении.
Отметим работу [90], в которой было показано появление на поверхности свободных электронов в зоне проводимости с ростом температуры. Вследствие этого отражение в весьма широком спектральном интервале возрастает (на 20-40%) линейно без изменения профиля кривой, т. е. неселективно. Для согласования теории с опытом приходится предположить, что параметры этих электронов "поверхностного происхождения" отличаются от параметров тех, которые поставляются примесями легирования и загрязнения. Влияние поверхностных состояний может сказаться и в том, что поляризуемость поверхностного слоя может стать гиротропной (см. гл. 5, ссылка [5]); хотя гиротропия и не вносит большого вклада в отражение, это все же следует иметь в виду.
Близок к вопросу, рассмотренному выше, также вопрос о влиянии на отражение поверхностных экситонов;
220
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ
[ГЛ. 6
при наличии их должна быть учтена пространственная дисперсия. Общая теория поверхностных экситонов развита довольно подробно (см., в основном для молекулярных кристаллов, работы [018, 91]); однако имеются лишь качественные соображения о влиянии их на отражение, а важнейший для эксперимента вопрос об угловых зависимостях не рассмотрен вообще.
Показано, что наличие поверхностных экситонов приводит к зависимости п, % от поляризации (как и все поверхностные эффекты). Оно приводит также к уменьшению отражения света, особенно вблизи частот поверхностных экситонов, где должен быть минимум отражения (см. § 34). По-видимому, спектроскопическое их обнаружение более или менее легко там, где поглощение объемными экситонами слабо.
Далее, если время жизни поверхностного экситона велико (практически оно определяется только радиационными процессами), то отражение происходит без поглощения фотона (может иметь место лишь когерентная резонансная флуоресценция, для которой справедлива теорема погашения и имеет место правильное отражение, и когерентное рассеяние).
При меньшем времени жизни (вследствие, например, взаимодействия с фононами) при отражении возникают некоторые смещенные частоты. Подробнее вопрос исследовался в работе [91].
Влияние поверхностных экситонов на отражение было показано экспериментально [92] для кристалла антрацена, свойства которого в объеме хорошо изучены. Наиболее четко эффект наблюдался на чистых поверхностях кристаллов, выращенных в вакууме. Авторы пользовались формулой, предложенной Сугаковым (см. гл. 5, [29]) для нормального падения.
г, / . [1 - п (со) - 2ап (со - Д) х(со - Д)]а+[х (со)- апг (со-Д)]2
(.со; [1 4- /г (со) Н- 2ап (<в - Д) х (со - Д)Р+[и ((c))-ап2 (со-Д)]2 '
ГДе Ot'^'lO , а А (r)рез. пов (r)рез. объема*
Поправки велики лишь в области вблизи ирез.пов.
На рис. 74 показаны результаты экспериментов1).
') Автор весьма признателен М. С. Бродину и С. В. Марисовой за предоставление полученных результатов еще до их опубликования.
§ 27] ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА ОТ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 221
Согласно трактовке авторов, в случаях 1-3 возбуждаются поперечные поверхностные экситоны. В случае 2 поверхностные уровни находятся в области сильного (объемного) экситонного поглощения (25298 см~х), где поправка к к велика; учет ее приводит к малым зна- R,omocum.ed. чениям R. В случае 1 по- М еерхностные уровни смещены (на величину давы-довского р асщепл ения).
