Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Фиг. 13. Зависимость коэффициента отражения от безразмерного параметра магнитного поля — при энергии фотона, соответствующей
(а —3,5 (нижняя кривая) и р = 5,0 {верхняя кривая) [21]. Попивало значение коэффициента отрнжения при нуасвом поле. Параметры внбрапы таи же, как и нн фиг. II.
выражений для электропроводности можно рассчитать зависимости коэффициентов отражения и прохождения. Численные примеры таких зависимостей даны на фиг. 11-14. Представленные здесь кривые показывают, что при H |] Етт магнетоплазмен-ные эффекты отсутствуют. На графиках показаны осцилляции, связанные с переходами между уровнями Ландау в различных .зонах, и снектраньные кривые при пулевом поле. Хотя осцилляции коэффициента прохождения по порядку величины больше осцилляций коэффициента отражения, в экспериментальных условиях проще наблюдать осцилляции коэффициента отражения ввиду технологических сложностей приготовления тонких монокристаллических пленок в случае металлов. Но такой метод очень удобен для изучения полупроводников.
Так же как при нулевом магнитном поле, вероятность перехода между уровнями Ландау максимальна в критических точках оптической плотности состояний в магнитном поле. Эти кри-
0 2,0 <ifi Sfi M StB
Ф и г. 11. Зависимость коэффициента прохождения от безразмерного параметра МІГТТШТНОГО ПОЛЯ I'1 = Ьыс ISg при энергии фотона, соответствующей н — 3,5 {нижняя кривая) и р. — 5,0 {верхняя кривая) J21].
Показано значение коэффициента отражения при нулевой магпнтном поле. Параметры те ше, что и па фиг. 1І.
I I I
I 1 I I 1-
го
W
60
H1 КЭ
Фиг. 15. Типичные кривые (па ленте самонисца) зависимости коэффициента «Tpajксния висмута от напряженности магнитного поля, направленного вдоль бинарной оси, при T ях 4° К {п.ч работы [37]). а — при »нертии фотони, равной 0.І20 эв; б—при внергии фотона, равной 0,066 эв. 354 t Г. Дресселъхауа, М. Дрессельхауз
тические точки, вообще говоря, совпадают с критическими точками плотности состояний при магнитном поле, равном нулю. Но магнетооптические эксперименты дают гораздо больше информации, чем изучение края поглощения при нулевом поле, В частности, изучая зависимость осцилляции отражения или пропускания от ориентации кристалла или поляризации света, можно сопоставить различные осцилляционные серни различным точкам зоны Бриллюэна. При анализе экспериментов в нулевом магнитном поле такая идентификация значительно более трудна, поскольку в этом случае ее вообще нельзя провести, не сделав предположений о конкретной зонной модели.
Осцилляции коэффициента отражения висмута в зависимости от магнитного поля были идентифицированы с переходами между двумя невырожденными зонами [37]. Типичная запись осцилляции приведена на фиг. 15, а. Сходство этой кривой с расчетными кривыми на фиг. 13 проявляется вполне отчетливо. Для кривой на фиг. 15, б расположение пиков при магнитном поле, меньшем 55 кэ, также подобно кривым фиг. 13, но структура при магнитном поле, большем 55 кэ, носит качественно иной характер. Эта структура была связана с циклотронным переходом, резонансная частота которого изменена плазменными эффектами и взаимодействием с близко лежащей валентной зоной.
Идентификация осцилляций коэффициента отражения с межзонными переходами проводится на основе кривых зависимости осцилляции от энергии кванта и от магнитного поля, которые приведены на фиг. 1(>. Осцилляции при межзониых переходах сильно зависят от частоты в противоположность осцилляции в эффекте Шубникова — Де-Гааза. Кривые зависимости анергии уровней Ландау от магнитного поля при экстраполяции к нулевому магнитному полю дают ширину запрещенной зоны, eg, в противоположность энергиям циклотронного резонанса, которые экстраполируются к нулевой энергии при магнитном ноле, равном нулю. Изучая энергетические расстояния но «веерным диаграммам» типа представленных на фиг. 16, Браун, Маврой-дес и Лэкс [37] показали, что сильно связанные зона проводимости и валентная зона висмута могут быть описаны .непараболической зонной моделью Л экса. Нижняя кривая на фиг. 16 не имеет отношения к межаонным переходам. Эта кривая описывает модифицированные циклотронные переходы, о которых говорилось выше. Из висмута можно изготовить достаточно тонкие монокристаллические образцы, с тем чтобы наблюдать спектр проходящего излучения. Такие эксперименты были проведены [42], и осцилляции межзонного поглощения были зарегистрированы и идентифицированы. Гл. S. Магпетооптические эффекты в твердих телах 355
Когда уровень Ферми лежит в одной из зон, участвующих в переходах (как, например, в зоне проводимости висмута), поглощение имеет резкий длинноволновый край, ниже которого переходы отсутствуют (эффект Бур штейна — Mocca). В случае зон, одна из которых является зеркальным отражением другой, скачок поглощения лежит при энергии (% -(- 2Ef)-, в висмуте он был обнаружен приблизительно при этой энергии фотона.
Фиг, 16. Зависимость янергии фотона, ири которой возникает максимум отражения висмута, от магнитного поля H (из работы Г37І).
