Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
расщепления максимума можно найти | g0 | = 47 ± 2, что хорошо согласуется с величиной | g0 | = 48, полученной из оптических измерений в экситонной области [87]. Экспериментальные данные для первого образца можно привести в согласие с выводами теории [соотношение (201)], откуда получается, что Ea = 7,5 0,5 мэв. Результаты измерений на другом образце приводят к Ea = 8,5 =Ь ± 0,5 мэв. Эти значения, по-видимому, точнее тех, которые получаются из кривой поглощения при H = 0, и удовлетворительно согласуются с величиной 8 мэв, найденной Путли [111] для акцепторного уровня цинка или кадмия. Как показывают масс-спектро- 240
' Е. Джонсон
метрические исследования 1112], эти элементы дают остаточные акцепторы в антимониде индия.
Примесное поглощение, по-видимому, связано с теми же переходами, которые ^проявляются в инжекционном лазере на основе антимонида индия 11131. Экспериментальные данные для лазера совместно с данными по магнето по г лощению представлены на фиг. 35. Сплошные кривые на фиг. 35 получены путем экстраполяции зависимости (201) в область больших магнитных полей. Параметры, входящие в формулу (201), определены из данных по магнетоноглощению. Результаты экспериментов с лазером (треугольники) хорошо ложатся па экстраполированную кривую. Это говорит о том, что переходы, связанные с линиями в излучении лазера, те же самые, что и переходы, связанные с поглощением.
3. ЭКСИТОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ
Линии экситонного спектра в магнитном поле изучали Джонсон и Фэн в антимониде галлия 186] и Хобден в арсениде галлия 1114]. В антимониде индия вообще не обнаружен линейчатый спектр при отсутствии магнитного поля, но в слабом магнитном поле Звердлинг и др. [87) наблюдали спектральные линии, имеющие много общего со спектрами, наблюдавшимися в антимонвде и арсениде галлия. Полный анализ теории экситопов проводится Диммо-ком в книге |13|. Мы же рассмотрим лишь эффекты, связанные с наинизшими уровнями Ландау.
В соединениях A111Bv в отсутствие магнитного поля наблюдается единственный экситонный максимум, ширина которого того же порядка величины, что и энергия связи экситона. Этот максимум, вероятно, соответствует рождению экситона в основном состоянии Is. Сложная структура валентной зоны, по-видимому, не приводит к существенным изменениям в спектре, поскольку те/тп <С Наиболее важным ее проявлением оказывается вырождение некоторых водородоподобных энергетических уровней.
Бели пренебречь спином, то в магнитном поле основное состояние не расщепляется, но возникает диамагнитный сдвиг основного состояния. При у 1 сдвиг пропорционален квадрату магнитного поля и описывается формулой
= (202)
где а — боровский радиус экситона. Этому выражению можно придать удобный вид
E0(II)^E0(Q) — = 0,498уа. (203) Гл. '<?. Поглощение вблизи края фундамеїітальной полосы 341
В случае, когда правильнее считать, что каждой зоне
Ландау соответствует свой экситонный уровень. Эллиотт и Лаудон [115, 116] провели численный расчет энергии связанного состояния, соответствующего наинизшему уровню Ландау (см. также [117|). Результат этого расчета можно выразить приближенной формулой
Д,(Д)-Д,(0) = T_W/,. (204)
В сильных магнитных полях зависимость От поля определяется первым членом в правой части выражения (204), так что сдвиг оказывается линейным по магнитному полю.
а. Антимонид галлия
Экситонный максимум в антимониде галлия с увеличением магнитного поля сдвигается в сторону больших энергий фотона (фиг. 36), растет по интенсивности и уширяется при обеих поляризациях падающего излучения. При E || H в структуре максимума почти разрешается расщепление. Это указывает на то, что при том и другом направлении поляризации падающего излучения в структуре линии поглощения имеются по крайней мере две компоненты. С^виг энергии максимума при изменении поляризации свидетельствует о еще более сложной структуре. Энергетический сдвиг экситонного пика в магнитном поле связан главным образом с диамагнитным аффектом. Пунктирная кривая на фиг. 37 построена в соответствии с выражением (203)- Следует отметить, что расчет по теории возмущений правилен только при у 1. Для экси-тонов в антимониде галлия условие у — 1 соответствует полю ~20 кэ, так что при максимальных полях, при которых проводились эксперименты, возможно расхождение с выражением (203).
Перейдем теперь к расщеплению зкситопного состояния, возникающему при учете спина электрона. Здесь нужно взять ^-фактор (195) для электронов с малой энергией в зоне проводимости, Было вычислено, что спин-орбитальное расщепление валентной зоны Д ~ 0,86 эв. Приняв это значение, получим g = —5,7. Такое значение g приводит к расщеплению g?H = 0,65 мэв при H — 19,8 кэ. Ширина экспериментально наблюдающегося экситонного максимума равна 0.R мэв при H = 0 и увеличивается до ~1.2 мэв при II = 19,8 кэ. IIo порядку величины уширение не превышает расщепления. И на самом деле факт существования расщепления подтверждается структурой максимума па фиг- 36 при E |( II, о которой уже упомипалось выше. Сплошная кривая на фиг, 37 была получена как сумма диамагнитного сдвига и величины Она довольно хорошо согласуется с эксперимеиталь-
