Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
50 кбар, крутизна увеличения становится равной нулю, а затем
отрицательной, показывая тем самым, что наиболее низкими теперь являются
минимумы при к=(100). Аналогичные эффекты наблюдались и для ряда других
соединений типа AulBv.
Во многих полупроводниках изучалось влияние давления на энергию ионизации
примесей с мелкими уровнями. Эффект обычно очень мал, наблюдаемые
крутизны изменения имеют порядок нескольких единицх 10- 5 эВ-кбар-1. Для
некоторых примесей с глубоко лежащими уровнями наблюдаемые крутизны
изменения имеют порядок 10-3 эВ*кбар-1. Этот вопрос обсуждался в обзоре
Пола и Варшауера ([53], стр. 179).
J4. Некоторые специальные вопросы
511
Когда используемые давления превышают 100 кбар, наблюдаются намного более
сильные эффекты. Например, Миномура и .Дрикамер 1601 наблюдали как в Si,
так и в Ge неожиданное уменьшение сопротивления по величине более чем на
5 порядков. В Si это происходит приблизительно при 190 кбар, а в Ge
приблизительно при 120 кбар. При более высоких давлениях их сопротивление
возрастает с температурой, так же как у металлов. При переходной
температуре как в Si, так и в Ge Джемисон [61] наблюдал изменение
кристаллической структуры. Структура изменяется от решетки алмаза к
тетрагональной, которая сходна с решеткой металлического олова. Таким
образом, это изменение аналогично переходу от серого олова к белому олову
и является переходом от полуметалла к металлу (см. разд. 13.8).
Самара и Дрикамер [62] наблюдали аналогичные переходы в некоторых
полупроводниках типа AIUBV, а также в некоторых полупроводниках типа
A'VBV', таких, как ZnTe. Среди соединений типа AnIBv наибольшим
давлением, соответствующим переходу, характеризуется GaAs, который не
переходит в металлическое состояние, пока давление не достигнет 250 кбар.
При изменении давления меняются многие свойства полупроводников, в
частности подвижность носителей заряда. Натан, Пол и Брукс [631 изучали
влияние давления на междолинное рассеяние (см. разд. 8.7). Они
обнаружили, что в Ge при комнатной температуре при изменении давления от
нуля до 30 кбар подвижность уменьшается в 5 раз, причем это изменение не
было линейным; авторы нашли правильное объяснение характера изменения
подвижности с давлением.
Изменения некоторых других свойств при изменении давления, включая
показатель преломления, обсуждались в обзорах Кейеса, Пола и Брукса, Пола
и Варшауера, а также Дрикамера, на которые мы уже ссылались выше.
14.6. Лазерный эффект в полупроводниках
Обсуждая рекомбинационное излучение в разд. 9.2, мы рассматривали только
спонтанное испускание излучения при переходе с верхнего уровня на нижний,
при этом считалось, что темп испускания не зависит от локальной
интенсивности излучения той же частоты. Однако еще в 1917 г. Эйнштейн
[641 указал, что следует принимать во внимание и другой процесс, а именно
вынужденное испускание, при котором темп испускания пропорционален
плотности энергии излучения в единичном частотном интервале. Если
плотность энергии не слишком высока, то в видимой и ближней инфракрасной
области спектра этим процессом обычно можно пренебречь. Однако он имеет
принципиальное значение, если условия та-
512
14. Некоторые специальные вопроси
ковы, что интенсивность излучения может расти, приводя к лазерному
эффекту, т. е. к резонансной генерации излучения. В настоящее время
лазеры хорошо известны как источники интенсивного когерентного, почти
монохроматического излучения в широком спектральном диапазоне. Их
физические основы и практическая разработка были описаны в большом
количестве статей и в целом ряде книг. Нас будет интересовать лазерный
эффект только в полупроводниках, и, так же как в случае электронных
приборов на их основе, мы воздержимся от описания развития лазерной
техники и сосредоточим свое внимание на физических основах лазерного
эффекта в полупроводниках. Физические принципы работы лазеров рассмотрены
в нескольких книгах [65, 66].
Мы уже встречались с явлением вынужденного испускания в случае испускания
фононов. Тогда мы использовали тот факт, что поглощение фононов
пропорционально их плотности Np, а испускание фононов пропорционально
(1+Мр), где единица соответствует спонтанному испусканию, a Nv -
вынужденному (см. разд. 8.7, 12.2). На основании термодинамических
рассуждений Эйнштейн [64] показал, что вероятность вынужденного
испускания равна вероятности поглощения и ввел коэффициент В для их
описания и коэффициент А для описания спонтанного испускания. Эти
коэффициенты называют коэффициентами Эйнштейна, их величины можно
получить при помощи простого вычисления.
Для начала рассмотрим два определенных уровня с энергиями ?i и ?а,
такими, что ?2>?i. Этим уровням соответствует излучение с угловой
частотой ш, причем А(о=Е2-Ех. Предположим, что Nt систем находятся на
уровне 1, a Jif, систем находятся на уровне 2, так что выполняется
соотношение NJN1=ex.p(-ha/kT). Если W (to) - плотность энергии в
