Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Фиг. 2. Блок-схема установки для измерения излучателъной способности и поглощения.
Камера для образца, монохроматор и детектор помещена в изотермическую эвакуированную камеру, поддерживаемую при 25 ± 0,05" С.
В применяемых для таких исследований переделанных спектрофотометрах Бекман IR-3 ширина щели в процессе сканирования по спектру автоматически изменяется так, чтобы сигнал на выходе фотоприемника был постоянным. Программа изменения ширины щели и длины волны при наличии черного тела в держателе регистрируется на магнитной ленте.
Если эта программа изменения ширины щели и длины волны выполняется при наличчи образца в держателе, то Sb в выражении (12) равно единице,
Я = Ss (13)
и при этом па диаграмме непосредственно регистрируется излучательная способность. Блои-схема такой системы показана на ¦фиг. 2. Гл. 3. Исследование излучения иигшяля«»™'»« рейт гг. г.:;
Для того чтобы охватить область от 2 до 44 мк, необходимы два прибора. В одном, работающем в области от 2 до 20 мк, имеется призма из КВг, а в другом, применяемом в области от 14 до 44 мк, — решетка или интерференционные фильтры.
Для низкотемпературных измерении держатель образца конструируется с углублением для JiJ ид ко го азота или для смеси сухого льда и спирта. Обычно приборы откачиваются до IO-2 тор, а при низкотемпературных измерениях камеру, в которой помещается образец, откачивают до IO"5 тор, чтобы избел;ать загрязнения поверхности образца. Для исследований при температурах 323—500° К. был сделан держатель для образца с резисторами для его нагревания и с платиновым термометром сопротивления для температурного контроля. Температура измеряется термопарой медь — константан.
В обеих установках фотоприемниками служат вакуумные термопары, в одном случае с линзой из KBr1 а в другом — с линзой из CsI.
§ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. InAs. Исследуя спектральную излучательную способность вещества, можно получить сведения о различного типа процессах поглощения света в нем. До настоящего времени этим методом исследовались переходы из валентной зопы в яопу проводимости, поглощение па свободных носителях, переходи между различными валентными зонами, многофононное поглощение и поглощение в области полосы остаточных лучей |7]. Арсенид индия может служить прекрасным примером, поскольку все вышеперечисленные эффекты проявляются в его спектре излучения (фиг. 3), демонстрируя возможности этого метода.
Арсенид индия при 77° К непрозрачен как па длинноволновом, так и на коротковолновом пределах. Таким образом, эксперименты по измерению излучательной способности E „ = 1 — г2 дают нам данные, для получения которых другим способом потребовались бы измерения абсолютных значений коэффициента отражения образца при нормальном падении света (угол падения меньше 15°). Исследование области остаточных лучей имеет большое значение для определения оптических колебательных частот в Г-точке (волновой вектор решетки q = 0).
В промежуточной области (20 мк с X с 38 лік)^ располагаются полосы поглощения, которым соответствуют различные комбинации фононов (фиг. 4). Спектр обычно обнаруживает сложную структуру, хотя образец только частично прозрачен при этих длинах волп. И мечі но в этой области удовлетворяется неравенство к/п <<' 1, так что для иычисления коэффициента поглощения (фиг. 5) можно воспользоваться соотношением (7). г і в 8 Io іг п 16 W го гг гч ге я зо зг зч зв зв w нг т Длина Волны, мн
Ф а г. 3. Спектр излучения InAs в области длин волн от 2,5 до 44 мк [7].
Ф и г. 4. Спектр излучения InAs при 77° {сплошная линия) и 203° К. (пунктир) в области длин волн от 15 до 40 мк [7].
JVa-Nb=KJO" ел-». Гл. 3. Исследование излучения кристаллической решетки. 87
При более коротких длинах волн (6 мк <. X < 20 мк), кроме поглощения решетки, проявляется также спектр поглощения свободных носителей. Образец, спектр которого здесь приводится,— это образец с проводимостью р-типа и с концентрацией носителей около IOle см~3.
Ф и г. 5. Спектр поглощения InAs, пайленвый по сцектру излучения, изображенному на фиг. 4 [7],
Представленный на фиг. 3 спектр образца при T ='373° К имеет две интересные особенности. При 6,5 мк (0,19 эв) имеется максимум, приписываемый переходу между зонами тяжелых 88 *
Л. Cmupoo.im, P. Ilommep
и легких дырок І8, 9]. При X я? 4,3 мк можно наблюдать прямой иереход из валентной зоны в зону проводимости (0,3 эв).
В обоих случаях низкотемпературных измерений эксперименты проведены до длин волн, недостаточно коротких, чтобы наблюдать весь край поглощения. IIo по началу возрастания поглощения, по его сдвигу, можно судить, что температурный коэффициент края поглощения отрицателен. В спектре поглощения, измеренного при 203° К, имеется также небольшой пик при X (і,0 лік, соответствующий переходу между валентными зонами
Структура спектра при X > 20 мк приписывается процессам многофононного поглощения и будет рассмотрена ниже. Данным методом можно получить интересные результаты в широкой области длин волн от области прозрачности (Л. < 20 мк) до области остаточных лучей, где кристалл непрозрачен.
