Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Исследование спектров отражения вблизи максимумов, соответствующих переходу L1, в случае легированных кристаллов с разной концентрацией примеси позволяет обнаружить смещение максимумов на величину около 0,03 эв в сторону меньших энергий дли кристаллов с наибольшей концентрацией примеси и независимо от рода примеси (доноры или акцепторы). Если максимумы обусловлены переходами в точке L, то должно было бы наблюдаться увеличение ширины запрещенной зоны в случае донорпоїі примеси вследствие сдвига уровня Ферми (сдвиг Бурштейна). Для этого случая указывалось [18], что возмущение L-края поглощения донорами существенно больше, чем возмущение, производимое тем же количеством акцепторов. Но если пики отражения обусловлены переходами внутри, а не на краю зоны Бриллюэна, то бурпггейновский сдвиг при наличии допоров отсутствует, так как электроны занимают часть к-пространства вблизи точки L. Возмущение края Et донорами такое же, как Гл. 5. О птическое поглощение в области фундаментальной полосы 141
возмущение, производимое акцепторами, что удовлетворительно согласуется с теоретическими выводами [24].
Для интерпретации данных по спиновому резонансу в германии [21] требуется, чтобы ширина запрев ценной зоны La- — Lte при температуре жидкого гелия была меньше 2 эв. Следовательно, интерпретация края при 2,15 эв (комнатная температура) каї* лерехода A3 — Aj согласуется с данными по спиновому резонан-
Ф и г. 3. Спектр отражения ZnTc при 77° К [13]. Видна структура et (переход L, — L1) около максимума F1 (A1 — Л,) [ІЗf.
при меньших значениях энергии). Полученные недавно данные по спектрам отражения некоторых соединений со структурой цинковой обманки говорят в пользу этих предположений. R спектрах отражения ZnTe, CdTe, HgTe [13[, InAs1 CxaSb и GaAs [251 переход L3o — Lie («,) наблюдался в виде слабой добавочной структуры при энергиях, несколько меньших перехода A3 — — A, {Et). На фиг. 3 представлен спектр отражения ZnTe при 77° К, где переходы еу vi et Ai ясно видны как добавочная структура вблизи максимумов E1 и S1-I-Aj-
3. КРАЙ ПОГЛОЩЕНИЯ E0
Б спектро поглощения пленки II (см. фиг. 2) видна добавочная структура при 3,2 эв. Сравнение с расчетами аопной структуры и с расчетами связанной плотности состояний как функции энергии позволяет сделать вывод, что эта структура возникает вследствие переходов в точке k = 0 между верхной валентной зоной (Г25-) и второй зоной проводимости (Г15). Из-за спин-орбитального 142
М. Кардана
расщепления Г25- и Г15 этот пик должен обнаруживать квадру-нлетную структуру (переходящую в триплет, если расщепления Гг5' и Г|5 приблизительно одинаковы). Из фиг. 2 видно, что ширина пика, соответствующего переходу Гз.у — I115 (в литературе этот переход обозначается через E'„), слишком велика, чтобы можно было увидеть структуру, связанную со спин-орбитальным расщеплением. Структура, связанная, по-видимому., со спин-орби-тальным расщеплением Е'а, наблюдается для InSb, GaAs 125),
Ф и г. 4. Зависимость положения максимумов поглощения Е'я и .E1 в спектрах твердых растворов Ge — Si от состава твердого раствора (комнатная температура) [15—17].
CuI и AgI 114]. Энергия перехода Er9 не очень сильно зависит от атомного номера атомов, из которых построен кристалл, так как в этих переходах участвуют р-состояния. Структура в максимуме Ei, обусловленная переходами между s-состояпиями, значительно сильнее зависит от атомного номера атомов, входящих в состав вещества [20]. Поэтому в полупроводниках, составленных из атомов с низким атомным номером, максимумы, соответствующие переходам Е'а и Eu могут располагаться не так, как в германии, а в обратном порядке. В кремнии [10—17), GaP (10—12, 27], ZaS [28] и CuCl [141 переход Е'0 либо почти совпадает по энергии с E1, либо происходит при несколько меньшей энергии.
Существуют два способа разделения краев E^ и Ei, а также обнаружения их перекрывания. Самый прямой из них — иссле- Гл. 5. О птическое поглощение в области фундаментальной полосы 143
дование спектров бинарных твердых растворов [14—171 с последующим построением графиков зависимости энергии максимумов от относительной концентрации той или другой составляющей твердого раствора. Для системы Ge — Si наблюдалось пересечение-положений максимумов (фиг. 4), а для системы CuBr — CrrCl — наложение пиков. Этот метод еще не был применен к весьма перспективной системе GaAs — GaP для обнаружения ожидаемого в ней пересечения максимумов Ea и E1. Другой метод, часто применяющийся для идентификации максимумов, соответствующих переходам Е'а и E2,— исследование их температурной зависимости [10—12]; в то время как для E1 температурный коэффициент равен -5-Ю"4 эв/град, максимум Е'0 сдвигается со скоростью только —2 -IO"1 эв/град. К тому же коэффициент зависимости энергии перехода от давления для E1 (7.5-10~е эв-смг~кг~1) больше, чем для Ea (5,5-10"6 эв-CM2-KS-I) [27] і),
4. КРАЙ ПОГЛОЩЕНИЯ E2
В спектре поглощения пленки III (см. фиг. 2) наблюдается дополнительная структура вблизи 4,5 эв (E2). Ота структура, наблюдающаяся также в спектрах отражения [15 —18], приписывается переходам в точке X (на границе зоны Бриллюэна в направлении [100]) между валентной зоной X4 и зоной проводимости X1IlU, 22] и в точке 2 (направление [1101) между валентной зоной 23 и зоной проводимости S2- Орбитальное состояние X1 (фиг. 1, а) в германии дважды вырождено, по в веществах со структурой более низкой симметрии — цинковой обманки — оно расщепляется на X1 и X3. Расщепление E2 наблюдалось в спектрах отражения многих веществ со структурой цинковой обманки [13, 14, 25] и в спектре пропускания IIgTe [2], что весьма убедительно свидетельствует в пользу предлагаемой Филлипсом интерпретации этого максимума. Расщепление E2 тем больше, чем больше полярность исследуемого вещества. Состояние Xk для структуры германия (для структуры цинковой обманки соответствующее состояние обозначается через X5) расщепляется вследствие спин-орбитального взаимодействия при переходе к веществам со структурой цинковой обманки. Расщепление последнего типа, накладывающееся па орбитальное расщепление, о котором мы говорили выше, наблюдалось в сиектрах отражения CdTe и HgTe на максимуме E2 [13, 32, 33].
