Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
InP 307 351 32S 318 150 62 0,312 0,348
InSb 185 197 179 155 118 43 0,107 0,106
ZnSc 210 250 208 212 162 87 0,151 0,173
(куб-)
ZnS 312 390 298 339 155 93 0,347 0,334
(куб.)
CdS 241 305 261; 238 295 149 7fl; 70 0,200 0,245
(вюрц.)
При интерпретации фононного спектра поглощения следует учитывать относительную величину пиков поглощения, их температурную зависимость и частоту полос поглощения. Поглощение, связанное с двухфононными процессами, должно быть сильнее В. С питче р
поглощения, связанного с трехфонопными процессами, и т. Я-О температурной зависимости говорилось выше. Поскольку в случае кривых типа изображенных на фиг. 1 максимальная энергия соответствует фонону LO (Г), высокочастотный край поглощения для гс-фопонного процесса должен располагаться при энергии, равной nLO (Г). Величину LO (Г) можно найти через ТО (Г), т. с. о), по формуле (1) или из спектров комбинационного рассеяния.
е. Методика измерений
Все исследователи, занимающиеся изучением фононных спектров, пользуются почти одинаковыми методами. Величина, которую требуется найти,— это коэффициент поглощения а в области энергий фотона от края фундаментального поглощения до полосы остаточных лучей и, если возможно, еще дальше. Обычно ее определяют, измеряя пропускание и отражение. Правда, Стирволт и ГІоттер [18] сообщили об очень интересных измерениях спектров излучения в инфракрасной области для ряда веществ. Такой метод обладает некоторым преимуществом над обычным методом измерения пропускания и отражения при изучепии спектров почти прозрачных веществ, ибо он дает возможность определять малые коэффициенты поглощения, избегая необходимости применения очень толстых образцов. Данный метод рассматривается в гл. 3 настоящего сборника.
При исследованиях в области частот <л ;> tof низкоэнергетическая граница измерений пропускания должна определяться следующими факторами: толщиной образца, спектральными качествами монохроматора, наименьшей величиной пропускания, которую можно точно измерить, а также в двухатомном случае величиной основного поглощения, связанного с основным (одно-фононным) резонансом, в сравнении с величиной поглощения, обусловленного многофононными Процессами. При (Jt) —W ( сильный основной резонанс начинает доминировать в поглощении, что создает большие трудности при измерении ПОЛОС поглощения, соответствующих комбинациям нескольких фононов. Следует отметить, что некоторые из этих полос располагаются при и< ш(. В зтом случае измерения также молено проводить лишь при частотах, далеко отстоящих от фундаментального поглощения, гак чтобы последнее было достаточно мало. Обычно это частоты, соответствующие дальней инфракрасной области, в которой проведено еще очень мало измерений.
Поскольку промышленность в настоящее время выпускает инфракрасные приборы, покрывающие область от і до 50 мк, экспериментальные трудности в этом случае связаны в основном с самими образцами. В ряде случаев наблюдаются полосы, сравни- Г л, 2- MнояофононнОе решеточное поглощение
41
мые по силе с комбинационными полосами, но меняющиеся от образца к образцу одного и того же вещества. Такие полосы обусловлены наличием в кристалле примесей или дефектов. К таким примесям относятся кислород [19] и азот [201 в кремнии, кислород в германии [19] и азот в алмазе [21]. Хростовский и Спитцер наблюдали меняющуюся от образца к образцу полосу к арсениде галлия, но не установили природу иримесп. В работе [22] высказано предложение, что одна из полос, наблюдающихся в компенсированном медью фосфиде галлия, представляет собой примесную полосу.
Во всех этих случаях поглощение может объясняться разными причинами. При наличии примеси кислорода в кремнии возникают две полосы поглощения, которые можно приписать связи Si—О. Наличие азота в алмазе (I типа) влечет за собой появление полос поглощения, которые первоначально были приписаны связи С—N [20]; но позднее было показано [23], что полосы можно представить как однофононные полосы, в обычных условиях запрещенные вследствие кристаллической симметрии. В поддержку этой точки зрения указывалось [23], что в облученном алмазе появляются полосы, соответствующие тем же энергиям. Облученный кремний также обнаруживает полосы поглощения [24, 25], которые интерпретируются как полосы однофононного поглощения, разрешенные вблизи введенных в кристалл дефектов. Хотя вопрос о полосах поглощения, связанных с примесями и дефектами, очень интересен, в дальнейшем мы будем рассматривать только полосы, разрешенные в чистых, почти сояершснных кристаллах. В тех случаях, когда чистые вещества подучить трудно, следует проводить измерения на нескольких образцах с разной концентрацией примеси, чтобы выявить полосы, не зависящие от примеси.
§ 3. ИЗМЕРЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. КРЕМНИИ
Кремний — это вещество, в котором отсутствует электрический момент первого порядка, так что многофононпое поглощение в нем происходит в соответствии с механизмом Лэкса и Бурштей-на [6]. Первые измерения решеточного поглощения в германии и кремнии были проведены Лордом [261, Бриггсом [27J и [чоллин-зом и Фэном [28]. Результаты измерений Коллипза и Фэна, проведенных при комнатной температуре, представлены на фиг. 4. Несмотря на ограниченные возможности получения чистых и совершенных кристаллов в ту пору, было показано, что такие довольно сложные спектры характерны для самого германия и кремния. Но этот вывод потребовал уточнення, поскольку во всех первоначально исследовавшихся кристаллах было высокое содержание кислорода. В. Спитцер
