Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Л, MK
Фиг. 1. Поглощение иа свободных носителях в InAs /!-типа ори комнатпел температуре при разных концентрациях
электронов [9[. 1 — при 0,28-1U" CM-2 — U1Ui 0 85-10" слс-»; з - - при 1,4-•101' о»-»; 4 — ііри 2,5-1011 с.«-*; 6 — при 7,8-10" Ot-1, й при 3 910'* с*-'. J'.i. 'J. Оптические эффекты, связанные со свободными носителями 391
переходам с примесных уровней на более высокие (A2) минимумы; при более высоких температурах начинаются межзонные переходы Al —As- Из измерений положения ПОЛОСЫ вблизи 3 JKK было рассчитано расщепление минимумов (100), которое для
Ф и г. 2, Коэффициент поглощения GaP л-типа с Л' — 1 -IO18 см~*. Треугольїшки — при 205° К, темные кружки — при 80" К, светлые кружки — при
5і К.
GaAs оказалось равным 0,27 эв. Данные из спектров оптического отражения дают для этой величины значение 0,43 эв [18).
Tepnep и Риз [19] наблюдали в AlSb полосу поглощения с максимумом вблизи 4,3 JBK (0,29 эв), в которой коэффициент поглощения пропорционален концентрации носителей. Поглощение было объяснено переходом носителей в более высокий минимум зоны проводимости при k = 0. С вымораживанием носителей при понижении температуры полоса поглощения уменьшается и появляются две новые полосы в области 2,5 и 7 мк. Измерения пока- 392
X. Фан
зали, что две полосы соответствуют переходам с примесного уровня в низший и в более высокий минимумы зоны проводимости. Предполагается, что край зоны проводимости в AlSb обусловлен переходами в минимум (100). Поль [16] высказал предположение, что поглощение вблизи 4,3 мк также соответствует переходам между расщеп лепными минимумами (100), как и в случае GaP. Весьма вероятпо, что полосы поглощения в двух соединениях соответствуют аналогичным переходам. Экспериментальные значения n/N приблизительно одинаковы для обоих материалов, и вряд ли поглощение может быть обусловлено вертикальными переходами в одном соединении и непрямыми переходами в другом.
Измерения Спитцера и Уилана [20] на GaAs показали наличие поглощения в области 1—5 мк, накладывающегося на поглощение на свободных носителях. Было установлено, что поглощение пропорционально концентрации носителей и не зависит от рода легирующей примеси. Поглощение было приписано переходам из минимума T1 в k = 0 в вышележащие минимумы (111) с анергией разделения между ними порядка 0,25 эв. Можно было предположить существование переходов из T1 в более высокий мипи-мум T15 при k = 0, но значение 0,25 эв, по-видимому, слишком мало для величины разделепия между T1 и Г,5. Происхоя-гдение этого избыточного поглощения не было установлено окончательно. Интересно, что поглощение соответствует значению a/N a; «4 Ю-18 смкоторое гораздо меньше значенияa/iVA;10~tB см~2, взятого для оценки полос поглощения в AlSb и GaP.
б, Соединения р-типа.
В поглощении на свободных дырках основную роль играют перехода между валентными зонами. Рассмотрим валентпую зону, состоящуто из зоны тяжелых дырок у,, зоны легких дырок V2 и отщемленной зоны v3, которая лел{нт ниже на величину А. При более детальном рассмотрении каждая из дважды вырожденных зон Vi и V1 оказывается расщепленной при всех к Ф 0 [21 — 231. Для уточнения деталей структуры валентных зон можно пользоваться спектрами межзопного поглощения и их зависимостью от температуры и концентрации носителей, но корректпо определить зопную структуру па основании изучения одного лишь поглощения весьма затруднительно.
Поглощение, обусловленное переходами V2 —Vi, наблюдалось во всех соединениях, подвергавшихся исследовапию: AlSb, GaSb, InAs и InSb. Переходы V3 —и Vi ->- V2 наблюдались в спектрах AlSb и GaAs. На фиг. 3 представлены результаты длн GaAs. Для других соединений А превышает ширину запрещенной J'.i. 'J. Оптические эффекты, связанные со свободными носителями 388
зоны и структура поглощения за счет переходов, связанных с зоной V3, попадает в область сильного собственного поглощения [24].
Ходби изучал GaP и твердые растворы GaPxAs1 Переходи всех трех типов наблюдались в спектре твердых растворов;
Энергия, $8
Ф и г. 3. Поглощение на свободных дырках в GaAs р-тиіш с р —2,7 -IO17 см-*,
легированном цинком [24]. Максимумы при 0,42 и 0,31 да соответствуют переходам с, -v v, и с, -> vt. Полнел при 0,15 эв приписывается переходу и2 -у t>i.
с X 0,87; изучению межаонных переходов при больших х препятствовало сильное поглощение на свободных дырках.
Информация, полученная во всех таких экспериментах, суммирована в табл. 2. При интерпретации спектров поглощения AlSb, GaAs и GaP^As1 каждой валентной зоне была приписана, соответствующая эффективная масса. Ё работе по TnSb указывается, что зона V2 имеет сферические изоэнергетические поверхности, а зона V1 — гофрированные; для зоны t>, была получена независимая информация из данных по собственному поглощению' в вырожденных образцах р-типа. Для GaSb было найдено только, что спектр поглощения, обусловленный переходами U2 —у- , не удастся описать, приписывая каждой из зон эффективную массу. При изучении InAs была проведена подгонка к спектрам, измеренным при различных температурах с использованием множества подгоночных параметров, характеризующих детали валентной зоны и зоны проводимости в соответствии с теорией Кедна X. Фэн
