Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
16—J 289 Ф и г. 36. Эффект Зеемана на лилии эксиминого поглощения н антимониде галлия при d,5° К и H — 19,8 пэ (и» работы Джонсоца и Фэна [SG]).
Сплошная кривая соответствует поляризации E Н, ттуннтирная — E Ц H (Е — электрическое поле в падаютаей волне). Криаая 1 — цри H = O.
Ф и і". 37. Зависимость энергии максимума экс и тонно го поглощения в антимониде галлия от магнитного поля (из работы Джопсона и Фэна [86]). Точки — экспериментальные данные при E Il Н, треугольники — при 15 X Н. Пунктирная приман — теоретическая, с учетом только диамагнитного сдвига. Сплошная кривая — теоретическая, учитывающая также и спиновое раешенление. Энергия (ротона, эв
Ф и г. 38. Эксятонное поглощение в антимопиде ипдия, енязанное с наиниз-пгам уровнем Ландау при T ~ 4° К и при поляринапип ElB (из работы
Звордлипга и др. [87 I). Сплошная кривая соответствует Я = 39,10 кэ, пунктирная — ff = tO1O кэ. Толшина
5 лік.
Фиг. 39. Сдвиг энертии максимумов dkchtohhof'o поглощения в арсениде галлия, вылываемни магнитным колом, при 20° К (из работы Хобдена [114]). Сплошные прямые о и J — анергии уровней Ландау сп = 0ип = 1.
16* ш
Е. Джонсон
ными точками, дающими положение максимума, которые, очевидно, соответствуют компоненте спиновой структуры с большей энергией. Компонента с меньшей энергией гораздо слабее, как показывает пунктирная кривая фиг. 36.
б, Антимонид индия
В антимониде индия при отсутствии магнитного поля экситон-ного максимума поглощения не наблюдается. В магнитном же поле в антимониде иидия вследствие малой эффективной массы ясно проявляются многие особенности спектра, которые едва разрешимы в антимониде галлия. Спектры поглощения при ElB и// = 10кэи// = 39«э представлены на фиг. 38. Спиновое расщепление хорошо разрешается и соответствует | g \ = 48. Дополнительное расщепление первого максимума связано с вырождением валентной зоны и отсутствует при E || Н.
в. А рсенид галлия
Экситонный максимум в арсениде галлия значительно шире, чем в антимониде галлия, так что приходится прибегать к значительно более сильным магнитным полям. Условие -у = 1 соответствует магнитному полю H 40 кэ, и заметные эффекты обнаруживаются только при т>*/з, как показано на фиг. 39. В этом случае можно наблюдать только диамагнитный сдвиг максимума поглощения и максимум, связанный с уровнем Ландау и = 1.
§ 9. ПЕРЕХОДЫ В ЭКСИТОННО-ПРНМЕСНЫХ КОМПЛЕКСАХ 1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ
Рассмотрим вновь электронно-дырочную пару, взаимодействующую с заряженной примесью. Потенциальная энергия взаимодействия в системе имеет вид
P2 <?2
Н+ x|re-rfc| • (205)
Имеются два случая, когда волновое уравнепие легко решается в приближении эффективной массы. Один случай соответствует взаимному уничтожению первых двух членов в выражении (205), так что задача сводится к решению волнового уравнения для экситона. Другой случай соответствует взаимному уничтожению двух последних членов, и мы приходим к задаче о примесном поглощении, которая рассматривалась в § 6. Мы же рассмотрим промежуточный случай, когда три частицы образуют комплекс. Будем называть такой комплекс экситонным комплексом на заря- Гл. а. п 06Л0ЩЄНІІ€ вблизи. Кр ОЯ фу)ід&М€Н№О.АЬ}іОи. (10Л0СЫ 245
женной примеси. Если к этому комплексу добавляется электрон или дырка, компенсирующие заряд примеси, то такую систему будем называть экситонным комплексом на нейтральной примеси. Поглощение, связанное с экситонными комплексами, должно, по-видимому, проявляться в виде линий с энергией, несколько меньшей ширины запрещенной зоны даже в том случае, когда последняя связана с непрямыми переходами.
Первое экспериментальное доказательство существования комплексов на нейтральной примеси было получено при наблюдении так называемых «греческих пиков» в ионных кристаллах. Их появление объясняли образованием экситонов Френкеля вблизи вакансий ионов галогена, которые ведут себя как заряженный или нейтральпый донор [118]. Ламперт [119] впервые рассмотрел возможность образования комплексов в веществах, где применимо приближение эффективной массы. Такие комплексы большого радиуса впервые наблюдал в кремнии Хейнс 1120]. Ему удалось установить корреляцию линий фотолюминесценции с целым рядом нейтральных примесей элементов III и V групп.
Возможность существования экситонного комплекса на заряженной примеси очень сильно зависит от отношения эффективных масс электрона и дырки и от деталей зонной структуры. В кремнии такие комплексы не наблюдались. Их наблюдали в карбиде кремния, но только в некоторых его модификациях [121].
В соединениях A111Bv максимумы поглощения, которые можпо было связать с зкситонно-нримесными комплексами, наблюдали в антимониде галлия Джонсон и Фан [8G] и в фосфиде галлия Гросс и др. [70] и Гершензон и др. [71]. Такие максимумы поглощения обнаружены и в сульфиде кадмия [122].
2. ПРИБЛИЖЕННЫЕ ОЦЕНКИ ЭНЕРГИИ ДИССОЦИАЦИИ КОМПЛЕКСОВ
Найти общее решение волнового уравнения в приближении эффективной массы с потенциальной энергией вида (205) не оказалось возможным. Решение может быть получено лишь в некоторых предельных случаях отношения масс или в том случае, когда не принимаются во внимание детали зонной структуры.
