Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
2. МЕТОД МОДУЛЯЦИИ
Метод модуляции — неотъемлемая часть исследований злек-тропоглощения (см. § 10). Эксперименты по электроотражепию (см. § 1) и изучение непрямых переходов в электропоглощении (см. Ст. 12 в книге [13]) также требуют применения метода модуляции. В первом случае наблюдаются малые изменения на большом фоне, во втором — малые изменения наклона растущей кри- 270
' Е. Джонсон
вой поглощения. В обоих случаях метод модуляции позволяет уменьшить влияние фона.
Общий принцип метода в том, чтобы создать периодически изменяющееся возмущение свойств образца, от которых зависит его коэффициент поглощения или отражения. Это приводит к периодически меняющейся интенсивности проходящего или отраженного излучения. Синхронизованный электронный детектор отбирает переменную составляющую интенсивности, давая сигнал, пропорциональный производной от коэффициента поглощения (или отражения) по приложенному возмущению.
Как упоминалось в § 1, при методе отражения мы сталкиваемся с неопределенностью в положении максимумов отражения, когда хотим сопоставить его с расстоянием между энергетическими уровнями кристалла. Применение же при этом метода модуляции еще более усугубляет трудности интерпретации. Но благодаря повышенной чувствительности измерений, которая при этом достигается, оказывается возможным наблюдать такие явления, которые иначе нельзя было бы обнаружить.
При изложении вопроса о влиянии электрического поля на фундаментальное поглощение в § 10 но была отмечена работа Серафина с сотр. 1183). За время, прошедшее с момента завершения нашей статьи до появления корректуры книги, появилось много и других работ по данному вопросу. Серафии и др. [183] создавали сильное постоянное электрическое поле, нормальное к поверхности, посредством прозрачного поверхностного электрода. Это поле модулировалось, и наблюдалась модулированная часть интенсивности света, отраженного от поверхности. Электрическое поле определялось по изменению поверхностной проводимости. Были проведены измерения с образцами германия [183], кремния [1843 и арсенида галлия [185]. Кардона и сотр. [180] при исследовании большого числа полупроводниковых материалов применили свой вариант такой методики: роль прозрачного контакта у них выполнял электролит. Фейнлейб [187] обнаружил, что таким методом можно наблюдать и модуляцию коэффициента отражения металлической поверхности, погруженной в электролит. Результат удивительный, так как проникновение низкочастотного поля, казалось бы, не должно влиять на коэффициент отражения. Это указывает на то, что нельзя игнорировать роль электролита в электропоглощевии. Гроувз и др. [188] распространили метод электролитического электрода на инфракрасную область, пользуясь тонкой пленкой электролита, и исследовали магнетоотражение на германии, антимониде галлии и антимониде индия.
Энгелер и др. (189, 190] модулировали механические напряжения при изучении пьезоотражения металлов и полупроводников Гл. (і. Поглощение вб.ш.іи кр</м фундаментальной полосы
271
и при наблюдении непрямых переходов в спектре пьезопогло-щепия германия 1191]. Подобные же эксперименты по ньезо-отражению на кремнии были проведены Гобели и Кейном [192]. Мавройдес и др. [193] и Эггевал и др. [194] применили акустическую модуляцию напряжений в образце для изучения пьез о поглощения в магнитном поле в антимониде индия и германии. Было достигнуто значительное повышение чувствительности по сравнению с прежними методиками. В частности, оказалось возможным наблюдать переходы из валентной подзоны (отщепленной спин-орбитальным взаимодействием), которые позволяют оценить величину спин-орбитального расщепления. Оказалось также успешным применение модуляции нагрева током [195, 196] и модуляции длины волны падающего излучения (1971.
3. ЭКСИТОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ НА ИОНИЗОВАННОМ АКЦЕПТОРЕ
В § 9, п. I1 мы рассматривали возможность образования экси-тонного комплекса на ионизованном акцепторе в обычном для полупроводников случае, когда те <; mh. Было отмечено, что энергия диссоциации такого комплекса приблизитеільно равна энергии ионизации акцептора Ea. Но вопрос о возможности существования такого комплекса определяется тем, имеется или нет у нейтрального акцептора в основном или возбужденном состоянии сродство к электрону. Иными словами, понижается или нет энергия системы, когда электрон локализуется вблизи нейтрального акцептора. Хопфилд [1231, рассматривая простую модель, пришел к заключению, что у нейтрального акцептора нет сродства к электрону, если те < 1,4 mh. Но он не рассматривал ни возбужденных состояний акцептора, ни возможных следствий зонной структуры. Экспериментальные результаты Джонсона и Фэна [8бГдля антимонида галлия получают простую интерпретацию, если предположить существование зкеитонного комплекса на ионизованном акцепторе. Это означало бы (в противоречии с выводом Хопфилда), что нейтральный акцептор имеет сродство к электрону при me = 0,23 mh. Шарма и Родригец [198] недавно провели вариационные расчеты энергии связи системы, состоящей из экситона и ионизованного акцептора. Принятый ими критерий существования такого комплекса таков: энергия системы должна быть ниже энергии основного состояния дырки, связанной с акцептором. Они получили, что экситонный комплекс на ионизованном акцепторе может существовать не только при те ;> 1,4 mhl но и при те < 0,25 Iiijl. Их расчет подтверждает интерпретацию экспериментальных данных*для антимонида галлия, поскольку вычисленная ими энергия диссоциации 1,17 Ea = — 18 мэв хорошо согласуется с экспериментальным значением 272
