Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
' Е. Джонсон
ветствующий порогу перехода из зоны легких дырок, сглаживается вследствие температурного размытия электронного заполнения. Такой скачок поглощения в образцах л-типа был обпаружен при гелиевой температуре. В результате анализа этого скачка на основе предпологкения о параболическом законе дисперсии для зЬны v2 получено значение эффективной массы mD2 — 0,012 т.
Результаты для вырожденных образцов р-типа представлены на фиг. 10. Поглощение при меньших энергиях фотона соответствует переходам между зонами i>2 и vi, ив согласии с тем, что
Фиг. 10. Коэффициент поглощения вырожденных образцов аитимонида индия р-типа ,как функция энергии фотона при Г ~ 5° К в при разной концентрации дырок (из работы Гобе^и и Фэна [50]). 1 — при 5,5-10" Mt-"; 2 — при 9,0 -101' с*-3; S — при 1,56-10" cjt->; 4 — при 2,6 X X 10" с«-»; S — при 9,4- IO1* см~'\ « — при 2-fO1' см-'.
говорилось ранее, порог поглощения смещается в сторону больших энергий фотона при повышении концентрации носителей. В наиболее чистых образцах наблюдается как переход из зоны легких ДЫР01< в зону проводимости, так и переход из зоны тяжелых дырОк. В менее чистых образцах переходы vZ ->- vi создают фон, скрывающий первый тип перехода. Порог перехода из зоны тяжелых дырок Ziv1 оказывается более чувствительным к сдвигу уровня ферми вследствие большого различия в эффективных массах.
Неожиданной особенностью результатов измерения края поглощения в вырожденных материалах при низких температурах
_L_L-_I_I_I_L
0,1 Qfi 0? ?,S
0
hv. зВ Гл. '<?. Поглощение вблизи края фундамеїітальной полосы 193
оказывается то, что порог поглощения не столь резкий, как можно было бы олїидать на основании соотношения (91). Правда, при 77° К край поглощения вырожденного материала и-типа более резок, чем при 300° К, и это согласуется с соотношением (91). Но при дальнейшем понижении температуры порог не становится еще более резким. Это особенно заметно в образцах р-типа, где в некоторых случаях порог перехода из зоны тяжелых дырок размыт в интервале порядка 0,3 эв. Гобели и фэн объясняют это явление гофрировкой валентной зоны которая следует из теории Кейна.
В случае гофрированных энергетических поверхностей, иообше говоря, не существует единственного значения /?. Порог поглощения связан с целым интервалом значений -< fcj -< При предельно низких температурах разность заполнений /0 — fc вне границ указанного выше интервала имеет следующий общий вид:
а внутри этого интервала вид (f0 — /<¦) зависит от конкретных условий. Различие между образцами п- и р-типа можно видеть из данных фиг, 9. В образцах n-типа пороговая область заключена между энергиями фотона hvt и Zivj (фиг. 9, а). Аналогичные границы Zivl и Avl для образцов р-типа показаны на фиг. 9, в. В образцах р-типа влияние гофрировки сказывается гораздо сильнее, так как т(, т02.
Гобели и Фэп проанализировали поглощение в материало р-типа, предполагая, что закон дисперсии зоны vi дается выражением (42). Гофрировка связана с величиной входящей в выражение (42), так что при данном значении к процентное изменение C0J вследствие гофрировки порядка 100 у'. Из сопоставления с экспериментальными данными авторы получили у = 3-у' = 2, Что соответствует приблизительно ()7% изменения энергии (вследствие гофрировки) при заданном значении к. Это сравнимо со значением -у = 1,2 — 1,5, полученным Бэггали и др. 151] по циклотронному резонансу, и со значением у = 1,4, полученным Звердлингом и др. 152] по межзонному магнстооптическо-My поглощению.
По-видимому, гофрировка — основная причина размытия норо-га поглощения. По размытие может вызываться и другими факторами. например переходаліи с примесных уровней вблизи края валентной зоны в зону проводимости. О таком поглощении речь будет идти в § в. Непрямые переходы та юне могут вызывать размытие порога (см. § 4). В этом случае порог поглощения соответствует энергетическому расстоянию между уровнем ферми и дальним
/0-/с = {
0 при ] k I <
1 при J к I > 2?,
(93)
13—1280 194
' Е. Джонсон
краем зоны:
(Uy)l = Eg-ft. (94)
Такое поглощение достигает своей полной величины при энергии фотона, даваемой ооотношением (87), которое соответствует уже прямым разрешенным переходам.
Могут быть еще и другие причины, вызывающие размытие порога поглощения, флуктуации заряда примеси могут возму-
Ф и г. П. Кривые поглощшшя арсенида мидия, демонстрирующие аффекты
поверхностного поглощения в нарожденном материале. ООрапцы J—і впготовлепы та одного и того -.це кристалла п-тнна. Толщщщ образцов / —-12 мм\ Z — J ,5а мм: 3 — 170 лк; 4 — 26 .«к; S — 5.5 лх. Обрааец 10 изготовлен нз MaTLimaiia n-тыла со эвпчителъно меньшей концентрацией носителей- Образцы 21, 32t SS — иа пииырождспного материала р^глая.
щать энергетические зоны. Иначе говоря, наличие примеси и заряженных носителей приводит к изменению величины а0, входящей в коэффициент поглощения (88). Несколько менее интересный эффект связан с неоднородностью образца и с изменением величины hi вдоль образца. Частный случай такого типа — изгиб зон у поверхности. В материале д-типа, когда зоны у поверхности - Гл. в. Поглощение вблизи края фундаментальной полосы. IflS
