Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Максимумы ? и у связаны, по-видимому, с возбуждением экситонно-примесных комплексов. Корреляцию интенсивности максимумов с концентрацией каких-либо известных примесей не удалось установить, так как острые максимумы поглощения можно наблюдать только в нелегированных образцах (концентра- Гл. (і. Поглощение вб.ш.іи кр</м фундаментальной полосы 253
ция дырок ^1,5-101' см~3). Данные измерений, проведенных на ¦грех разных образцах (фиг. 44), говорят, вероятно, о зависимости поглощения от концентрации неизвестной примеси. Интенсивность поглощения в максимуме меняется от образца к образцу, что, вероятнее всего, объясняется разным содержанием одной и той же
[hi-Ші максимуме при H=O)], ml
Фиг. 45, Эффект Зеемаиа на максимуме у при 1,5° К (из работы Джонсона и Фона (86]),
Кривая"? соответствует полю H = O, кривые 2 — полю H = 21,6 г.», точки—"пола-риаации E X Н, треугольники — поляризации E || Н.
примеси. Но не исключено, что разница в кривых поглощения для разных образцов обусловлена разной степенью уширения максимума.
Изменение характера кривой поглощения вблизи максимума у при включении магнитного поля показано на фиг. 45. Максимум поглощения расщепляется на два, причем компонента, соответствующая большим значениям энергии фотона, значительно более интенсивна. При увеличении магнитного поля обе компоненты 254
' Е. Джонсон
смещаются в сторону больших энергий фотона. В спектрах поглощения, снятых при разных направлениях поляризации падающего излучения (параллельно и перпендикулярно магнитному полю), имеются различия B относительной интенсивности двух KOMHOHeHiT1 но заметного изменения положения компонент не наблюдается. Влияние магнитного поля на максимум ? вполне аналогично. Если максимум широкий, то две компоненты, возникающие при включении магнитного поля, разрешаются хуже. Таким образом,
20
IS
1
?
0,5
/да 200 300 VOO 500 Н\ Юг
Фиг. 4(5. Квадратичный эффект Зеемана длн экситонно-примесного поглощении (из работы Джонсопа и Фэна [86]). Топки соответствуют максимуму V, треугольники — максимуму Р, пунктирная прямая — теоретическая.
видно, что поведение максимумов р и у при включении магнитного поля весьма похоже на поведение экситонного максимума.
Расщепление максимума у соответствует величине | g ] = 9,4, а максимума ? — величине j g | = 6,6. Эти значения — того же порядка, что и ^-фактор зоны проводимости, равный по приближенной оценке 5,7'. По-видимому, расщепление максимумов ? и у связано главным образом со спином электрона, как и расщепление экситонного максимума.
На фиг. 46 представлена энергия, соответствующая центру между двумя компонентами расщепления, построенная как функция от IP- для максимумов ? и у. Пунктирная прямая соответствует зависимости (203), так же как на фиг. 37 для экситонного Гл. '<?. Поглощение вблизи края фундамеїітальной полосы 255
максимума. Эта прямая хорошо согласуется с экспериментальными: данными как для максимума ?, так и для максимума у, если не-считать отклонения вблизи 20 кэ, которое и должно быть при у > 1. Квадратичный характер сдвига подтверждает интерпретацию этих максимумов как соответствующих экситонным комплексам. Интересно, что нет существенной разницы в диамагнитном сдвиге для свободных и связанных зкситонов.
Рассмотрим теперь природу примеси, входящей в комплекс. Энергия диссоциации Ed комплекса ? равна 5,1 мэв, а комплекса у — 14,2 мэв. Сначала рассмотрим донорную примесь. Если. те < Ttih, то Ed доллгаа быть малой частью энергии ионизации донора Ев независимо от того, какой это донор — нейтральный или ионизованный. Поскольку величина Ed сама по себе составляет всего лишь ~2,8 мэв, примесь, участвующая в комплексе, не может быть ДОН О р ной.
В случае нейтрального акцептора энергия Ed должна монотонно меняться от 0,055?л при те mh до 0,35пг при пгс mh. Хейнс [120] экспериментально установил, что для нейтральных акцепторов III группы в кремнии величина E11 ~ 0,ЮЕл. Величина Ed = 5,1 мэв для комплекса ? составляет 0,14 от значения 0,034 эв — энергия одного из акцепторных уровней в антимониде галлия. Этот уровень приписывают остаточному акцептору, который обычно присутствует в нелегироианном антимониде галлия-Возможно, что максимум ? связан с комплексом экситона на таком акцепторе в нейтральном состоянии. Поскольку отношение тц/т^ для антимонида галлия меньше, чем для кремния, отношение Ed/Ea для антимонида галлия должно быть меньше, чем для кремния. Экспериментально же получается обратное соотношение; 0,10 для кремния и 0,14 для антимонида галлия. Но вопрос этот очень сложен, и к противоречиям, возникающим при весьма упрощенном рассмотрении, не следует относиться слишком строго.
В случае нейтрального акцептора трудно объяснить то высокое значение Edt какое получается для максимума у (14,2 мэв). Если считать по-прежнему Ed/Ea = 0,14, то отсюда получается Ел ~ — 0,1 эв. Известен уровень с энергией 0,07 эв, являющийся вторым уровнем мно г о за рядно г о центра. Поэтому данный уровень скорее принадлежит однократно ионизованному состоянию, чем нейтральному состоянию акцептора. Бакстер и сотр. [91] считали, что энергия такого уровня равна ~0,1 эв. Во всяком случае этот уровень не может быть связан с моделью нейтрального акцептора. Уровней с энергией, большей 0,1 эв, не было найдспо. Согласно данным по фотопроводимости [88], существуют, вероятно, два уровня в интервале от 0,06 до 0,08 эв: Один из них мог бы быть уровнем нейтрального акцептора, необходимым для объяснения максимума у. Тогда отношение Ed/Ел было бы равно 19, Такое значе- 256
