Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Цель настоящей работы — дать представление об объеме физической информации, которую можно получить, изучая оптические свойства полупроводников, в частности соединений 111 — V групп. Для полноты включено также описание экспериментальной техники (§ 2) и способа применения соотношений Крамерса — Кронига для анализа данных по отражению (§ 3). В § 5 приводятся резуль-
*) Н. R. Philipp, General Electric Research Laboratory, Schenectady, New York.
" **) H. Ehren reich, Division of Engineering and Applied Physics, Harvard University, Cambridge, Massachusetts, USA, 104 #
X. Филипп, X. Эренрайх
таты этого анализа для GaAs, GaP и InAs (аналогичные данным для InSb, представленным на фиг. 1) совместно с результатами теоретических рассмотрений § 4. Для сравнения приводятся резуль-
3nepzues эб
Фиг. 1. Спектр отражения R, действительная (Bi) и мнимая (е2) части диэлектрической проницаемости и функция потерь энергии — Im е-1 для IiiSb.
таты по Ge и Si. Поскольку интерпретация результатов, полученных для первой области, проводится Кардоной в нашей работе мы будем рассматривать главным образом вторую и третью области сцектров.
1J Cm. гл. 5 настоящей книги. Гл. 4. Оптические свойства в области фундамент, полосы, поглощения 105
§ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕТОДИКА 1. ПРИБОРЫ
Экспериментальная техника, применяемая при изучении спектров отражения кристаллических веществ, весьма разнообразна, и мы пе будем здесь пытаться излагать, оценивать ее и тем более давать обзор. Мы просто подробно опишем применявшиеся в на-
Ф и г. 2. Оптическая схема монохроматора с камерой для образца (а) и источник света (б).
1 — вогнутая решетка с асимметричной осью; 2 — устройство для регулирования расстояния от щели до решетки; з — устройстао для регулировался Ширины щели, 4 — держатель фильтра; 5,6 — фотоумножители; 7 — лампа; S — держатель образца; 9 — патрубок для напуска газа; 10 — ііатод (алюминат барин); Ii — спай ковара со стеклом; 12 — кольцевой спай; із — кварцевый капилляр (1 см х 0,3 см); 14 — анод; JS — входная щель; IG — кольцевая резиновая прокладка.
стоящей работе устройства, которые^перекрывают всю интересующую нас спектральную область и заключают в себе основные черты установок подобного рода.
" В спектральной области от 1 до 25 эе'измерения отражения проводились при помощи вакуумного монохроматора с решеткой, сходного с тем, который применялся Джонсоном [10]. Этот прибор схематически изображен на фиг. 2, а. Свет от вольфрамовой или от разрядной лампы падает на вогнутую решетку под углом, близким к нормальному. Решетка поворачивается вокруг асимметрично 106
# X. Филипп, X. Эренрайх
расположенной оси, благодаря чему расстояние от щели до решетки меняется в большем соответствии с геометрией Роуланда, и в то же время устройство оказывается простым и компактным и при этом сохраняется постоянный угол падения па выходную щель [11]. Камера с образцом вакуумпо-илотно соединена с монохроматором. Образцы устанавливают на всех четырех гранях держателя, который можно поворачивать в нужное положение для измерения интенсивности отраженного света. При измерении интенсивности падающего света держатель выводится из пучка. При измерениях в вакуумной ультрафиолетовой области фотоумножители покрывают слоем люминофора — салицилата натрия.
Разрядная ламна, применяемая в наиболее широкой спектральной области, изображена схематически на фиг. 2, б. Основная ее особенность — применение кварцевого капилляра, который позволяет сконцентрировать дугу и повысить падение напряжения.
Обычные рабочие режимы таковы:
R / а МК Сплошной спектр от 3,5 до 7,5 эв
одород і ^e Линейчатый спектр от 7,5 до 15 эв {
150 мк
Аргон ^ 75 в Линейчатый спектр от 13 до 28 эв З а
Линии водородного спектра довольно часты, и при применении узкой щели область от 7,5 до 15 эв может быть детально исследована. Спектр аргона не так богат линиями: в спектре встречаются интервалы между линиями до 0,2—0,3 эв. При энергиях больше 21 эв линии относительно слабы, хотя вполне пригодны для измерений. Условия измерений можно улучшить, если покрыть решетку слоем золота, платины или другого вещества с высоким коэффициентом отражения в данной области [12—14].
2. ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ
При отражении свет взаимодействует со сравнительно тонким слоем вещества на поверхности кристалла. Поэтому важно, чтобы эта поверхность была свободна от химических образований, таких, как, например, пленка окисла, а также от нарушений решетки, которые могут возникнуть вследствие механической обработки поверхности [15 — 17]. Для удаления таких слоев разработан ряд химических и электролитических способов травления, оставляющих поверхность химически чистой 118]. Для измерений отражения идеально было бы брать большой мо но кристаллический образец, сколотый непосредственно перед измерением в условиях сверхвысокого вакуума, но в реальных условиях это иногда ДОВОЛЬНО сложно. Гл. 4. Оптические свойства в области фундамент, полосы, поглощения 107
Кривые, которые будут приведены в § 5, были получены на травленых монокристаллических образцах. После травления образцы находились на воздухе лишь минимальное время, необходимое для установки образца в камеру. Затем они несколько дольше находились в условиях невысокого вакуума в монохроматоре для проведения измерений. Хотя образцы в некоторой степени подвергались действию воздуха, результаты считаются годными для физической интерпретации '). В перекрывающихся спектральных областях менаду результатами наших измерений [19] и данными, имеющимися в литературе [16, 17, 20—27], обнаруживается хорошее согласие.
