Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
*) М. Gardona1 BrowirUniveraity, Providence, ft.1., USA. 138 '
М. Кардона
результаты, количественно согласующиеся с результатами прямых измерений пропускания.
Первая особенность, которую следует ожидать в спектре фундаментального поглощения соединений A111Bv при движении от края поглощения в сторону больших энергий, должна соответствовать переходу из валентной зоны Г7, отщепленной от верхней (Гв и Г7) валентной зоны вследствие сцил-орбитального взадаю-.действия (фиг, 1), в низшую зону проводимости HpH к = 0. По таким переходам можно определить величину спин-орбитального расщепления валентной зоны гіри k = 0. Но эти переходы слабы и не наблюдаются в спектрах соединений AlliBv (исцлюче-ние составляет GaAs) [7, 8]. По той же причине эти переходы не обнаруживаются в спектрах отражения. Их трудно уловить, когда сиип-орбитальное расщепление велико (InSb, GaSb, AlSb), так как в области, где следует ожидать структуру, соответствующую отщепленной компоненте, коэффициент поглощения фона весьма велик. Но они должны быть заметными в спектрах пропускания механически полированных пленок InP и InAsr Обнаружены они в следующих веществах со структурой алмаза и цинковой обманки: в гермапии 19] (по пропусканию полироваппых монокристаллических пленок); в ZnSe (по пропусканию напыленных пленок [9] и но отражению 110—12]); в ZnTe и CdTc [13] (по отражению); в Cul, CnBr, CuCl и AgI [И] (по пропусканию .напыленных пленок).
При более высоких значениях зпергни в спектрах поглощения соединений AmBv можно обнаружить весьма сложную структуру, подобную структуре спектром поглощения других веществ, обладающих решеткой алмаза и цинковой обмапки. В следующем параграфе мы кратко охарактеризуем спектр поглощения тонких германиевых пленок, проведем иптеріїрстациіо наблюдающейся структуры и попытаемся провести аналогию со спектрами соединений AlllBv, применяя некоторые теоретические и полуэмпири-"ческие правила.
§ 2. С,ПEKTi1 ПОГЛОЩЕНИЯ ГЕРМАНИЯ
КРАЙ ПОГЛОЩЕНИЯ E0
IIa фиг. 2 показаны спектры поглощения трех тонких пленок термапия I — III, нанесенных зпиіаксиально [2] па скол кристалла CaF2 при 870° К, и пленки IV, приготовленной Хобдепом путем механической обработки монокристалла [У]. Эти пленки слишком тонки для того, чтобы в них можно бы.чо паб.тюдать лепрямой край поглощения, которому соответствует переход Tg! — Li? с участием фонона. В сиектро поглощения плещш IV .можно обнаружить прямой край поглощения (E0 ^? 0,806 эв), Гл. 5. О птическое поглощение в области фундаментальной полосы 139
которому соответствует переход Г8+ (Vzb-) — Г7_ (Г2-), а также переход Г7+ (Г25') — Г7- (Гг-) ИЗ ОТЩЄПЛЄПНОЙ спив-орбитальным взаимодействием валентной зоны (E0 -f- A0 я; 1,10 за). Эти прямые
Ф и г. 2. Спектры поглощения upri комнатной температуре 'срех тонких
эни гакеиалт.ю.рх пленок германия 5ііі подложке из Ca F2 [2, Я].
Толщина пленки I раина 0,3 мк. пленки II — 0,15 мк. ітлецци >11 — 0,ОП ,и?;. Пленка Jl', тилщитій 2 .«к, получена мехашчсщічй (іОраОоткой кристаллического образца.
переходы происходят в точке k = 0. Измеренная величина спин-орбитального расщепления в точке k = 0 равна 0,29 эв.
2. КРАЙ ПОГЛОЩЕНИЯ E1
В спектре поглощения пленки I обнаруживается другой край поглощения при 2,15 эв, который проявляется ка[{ выравнивание кривой зависимости коэффициента поглощения от длины волны при этом значении энергии. Этот край имеет дублетную структуру, величина расщепления равна 0,2 эв. Структуру, соответствующую этому краю поглощения, вкеркце наблюдали в спектрах отражения, измеренных при нормальном падении света [15—18], а также при измерениях з.тлипсомстрическим методом [4]. Первона чально было высь-азапо предположение [19], что этому краю соответствуют прямые разрешенные переходы в точке L зоны Бриллю-апа (на краю зоны в направлении [111]) между верхней валентной 140 '
М. Кардопа
зоной (L3-) и низшей зоной проводимости (Llc). В пользу такой интерпретации говорили следующие факты:
1. Коэффициент поглощения вблизи этого края имеет такое значение, которое следует ожидать для переходов в точке L. (Плотность состояний для переходов Ly — Lic примерно в 50 раз больше, чем для переходов Г25' — Г}5, вследствие четырехкратного вырождения состояния L, а также вследствие более высоких значений эффективных масс.)
2. Энергия, при которой осуществляются в германии эти переходы, близка к рассчитанному значению величины зазора Ly — Lic (~2 эв). Кроме того, значения эффективной массы 120] и продольного ^-фактора 121) в Ljc соответствуют ніирине запрещенной зоны Lz- — Lie, равной 2 эв.
3. Спин-Орбитальное расщепление состояния Lу должно составлять приблизительно 2/з расщепления валентной зоны в точке k = 0 (Ггь-) 120); расщепление, обнаруживаемое для края E1 в пленке I (~0,2 эв), составляет около 2/3 расщепления, обнаруживаемого в спектре поглощения пленки JV (0,29 эв) для края фундаментального поглощения.
В результате последующих расчетов [22] плотности состояний для прямых переходов (приблизительно пропорциональной коэффициенту поглощения) было показано, что краю поглощения при 2,15 эв (см. фиг. 2) соответствуют прямые переходы внутри зоны Бриллюэна в направлении [111] (точка Л). Переход L-y — Lu "должен быть примерно на 0,2 эв меньше но энергии. Такое объяснение отчасти согласуется со сказанным выше: спин-орбитальное расщепление, ожидаемое для точки Л, такое же, как для точки L, если первая не сдвинута слишком близко к k = 0 и к-р-возму-щение не больше спин-орбитального расщепления 123].
