Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
InSb. Зонная структура InSb схематически показана на рис. 13.6.
Обозначение различных максимумов и минимумов является общепринятым и, так
же как для Si и Ge, следует из теории групп. Эта схема не совсем точна.
Если выполнить вычисление формы зон в InSb вблизи к-0 с еще большей
точностью, то обнаружится дополнительное расщепление, в результате
которого по мере роста к от нуля энергия, соответствующая зоне тяжелых
дырок, сначала возрастает, а уже затем начинает уменьшаться. Как показал
Пиджен (123], стр. 47), максимальная величина подъема составляет при этом
всего около 1 мэВ. Хотя зона проводимости и является сферической, из-за
очень малой величины эффективной массы электрона в зоне возникает
отклонение зависимости Е (к) от квадратичной.
Зонная структура GaAs имеет очень похожую схему, однако в данном случае в
зоне проводимости присутствует дополнительный минимум, который поднят
всего на 0,35 эВ выше минимума, расположенного при к=0. Значения ширин
основных запрещенных зон определены экспериментально, остальные ширины
получены в результате расчетов 129].
Значения ширин запрещенных зон некоторых других из оставшихся
полупроводников типа АтВУ, а также их изменения с температурой довольно
подробно приведены в справочнике (110], т. 7).
470
13. Полупроводниковые материалы
Рис. 13.6. Схематическое изображение зонной структуры InSb.
Ширины запрещенных зон (при 300 К) равны: Д?=0,18 эВ, Д?5=0,9 эВ.
Все бинарные соединения могут быть сплавлены друг с другом, в результате
получаются тройные полупроводниковые соединения, например, такие, как
GaPxAsi_x. Изменение свойств этих материалов в зависимости от параметра х
представлено в виде подробных таблиц в том же справочнике ([10], т. 7).
Зонную структуру этих сплавов и их основные свойства подробно рассмотрел
Лонг [30]. Например, небезынтересно заметить, что при изменении параметра
х от 0 до 1 материал GaP* трансформируется из полупровод-
ника с непрямой запрещенной зоной в полупроводник с прямой запрещенной
зоной, причем точке перехода соответствует значение х=0,44.
Для двойных полупроводниковых соединений типа AulBw несомненную важность
имеет величина эффективного ионного заряда е*. Эта величина является
мерой того, насколько ионный или ковалентный характер имеет данная связь.
Если е*=е, то в данном случае связь оказывается чисто ионной, в то время
как при е*=0 связь является полностью ковалентной, как в элементарных
полупроводниках Si и Ge. В бинарных полупроводниковых соединениях типа
АтВУ отношение е*/е изменяется от величины 0,33 для GaSb до 0,68 для InP,
тогда как для GaAs оно равно 0,5. Этот факт
13. Полупроводниковые материалы
471
указывает на то, что в GaAs связь является наполовину ионной, наполовину
ковалентной (см. разд. 3.2). (Определение е* см. в разд. 8.3, также в
разд. 14.3.)
Для некоторых двойных полупроводников типа AШВУ необычную величину имеет
такой параметр, как g-фактор (см. разд. 12.6). В InSb g-фактор имеет
большое значение, равное -40 (оно слегка зависит от содержания примесей).
Это означает, что спиновое расщепление в магнитном поле очень велико,
поэтому InSb является подходящим материалом для использования в лазерах,
перестраиваемых магнитным полем (см. разд. 14.7). В InAs величина g=-12,
а в GaSb g=-6. В остальных соединениях g обычно положительно и его
значение несколько меньше значения g для свободного электрона, равного 2.
Глубины залегания примесных уровней, а также природа этих уровней
известны далеко не так хорошо, как в Si и Ge. Это и неудивительно ввиду
намного большего числа возможных ситуаций. Например, может существовать
два типа вакансий, два типа междоу-зельных атомов, а также всевозможные
их комбинации. Замещение атомов может происходить также различными
способами.
В этих соединениях элементы II группы Zn и Cd замещают атомы III группы.
В InSb они создают акцепторы с энергией ионизации порядка 0,0075 эВ.
Элементы VI группы S, Se, Те замещают атомы V группы и образуют доноры.
Из-за малости эффективной массы электрона в InSb в соответствии с простой
водородоподобной моделью эти доноры должны иметь очень малую энергию
ионизации порядка 0,0007 эВ и соответственно огромный боровский радиус.
За исключением случаев очень малой концентрации, они будут перекрываться,
и их уровни энергии сольются с зоной проводимости. Неионизованные примеси
такого типа наблюдались только в условиях очень сильного магнитного поля,
которое приводит к увеличению их энергии связи (см. разд. 12.9). Си, Ag н
Аи дают в InSb двойные акцепторы, в то время как замещение другими
атомами III или V групп, видимо, приводит к возникновению нейтральных
примесей. В GaAs эти атомы дают акцепторы с энергией связи 0,034 эВ,
тогда как Ge дает донорный уровень с энергией связи 0,006 эВ. Си и Ag
ведут себя как акцепторы, однако склонны к образованию комплексов с
другими несовершенствами кристаллической решетки.
Благодаря изучению излучения экситонов, связанных на примесях (см. разд.
