Оптические свойства полупроводников - Уиллардон Р.
Скачать (прямая ссылка):
Когда H' имеет вид потенциала кулоновского взаимодействия электрона с дыркой или заряженной примесью, магнитное поле удобно характеризовать безразмерным параметром <
(192)
гДв рв — магнетон Бора, а т* — эффективная масса. При у «С 1 энергия связи экситонного или примесного состояния гораздо больше расстояния между уровнями Ландау, и можно говорить об эффекте Зеемана в экситонном или примесном состоянии. Случай у > 1 качественно соответствует отсутствию взаимодействия, H' == 0.
2. ПРИМЕСНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ¦
Примесное поглощение в соединениях A111Bv1 которое связано с переходами между мелкими акцепторами и зоной проводимости, оказывается зависящим от магнитного поля главным образом благодаря воздействию последнего на состояния зоны проводимости. Влияние магнитного поля на поглощение, связанное с переходами между валентной зоной и мелкими донорами, осуществляется вследствие воздействия его на донорные уровни. Поскольку поглощение последнего типа до сих пор еще не наблюдалось, мы остановимся только на первом типе поглощения.
При наличии магнитного поля на спектральной кривой поглощения появляются острые максимумы вследствие возникновения в зоне проводимости уровней Ландау. Наблюдать можно лишь максимумы, соответствующие нескольким наинизшим уровням Ландау, так как максимумы, связанные с более высокими уровнями Ландау, оказываются ниже очень большого фона собственного поглощения. Энергия фотона, соответствующая первому максимуму поглощения в магнитном поле, имеет вид
(Ь)р - Eg-Ea 4- ее (H) + Б а (Я), (193)
где Ea — энергия ионизации акцептора в отсутствие магнитного поля, еА (H) — сдвиг примесного уровня из-за магнитного поля и гс (H) — энергия наинизшего уровня Лапдау, отсчитанная от дна зоны проводимости. Как мы знаем, зона проводимости в антп-мониде индия характеризуется неквадратичным законом дисперсии. Но влияние непараболичности несущественно при малых Гл. '<?. Поглощение вблизи края фундамеїітальной полосы 237
магнитных j полях. Бауэре и Яфет [1101 обобщили модель Кейна на случай [магнитного поля. Согласно результатам этой работы для ес можно записать следующее выражение: :
«¦- (194)
I ! ¦ = : <,95>
Дрочие величины были определены в § 4. При бс С Eg , ' , fi(Ee)&h(Ee)*l (197)
и выражение (194) принимает вид
При Eg > |(m/mc) ?-ff ± разлагая (194) в ряд, получаем
ee » (^?JJ ± I g0?ff) [l - (mMe) 1Ш'Н ] . (199)
При малых Я эта энергия совпадает с энергией первого уровня Ландау в зоне проводимости с квадратичным законом дисперсии:
S0 « ря ± A- gt$H = А. Йшс ± І- g?H. (200)
При наличии магнитного поля основное состояние акцептора должно расщепиться и приобрести диамагнитный сдвиг. Эти эффекты учитываются величиной (Я), но, как уже упоминалось, они должны быть гораздо меньше изменений, возникающих в зоне проводимости. Таким образом, мы получаем
ад «(і ± І *) рн [і - (i ± i-So) .
(201)
Джонсон и Фэн [86] исследовали вопрос о влиянии магнитного поля на примесное поглощение в антимониде индия. При наличии магнитного поля на ступеньке, связанной с примесным поглощением, возникают два максимума, сдвинутых в сторону больших энергий фотона (фиг. 33). Энергия каждого максимума как функция магнитного поля представлена на фиг. 34. Точки соответствуют экспериментальным даыным для одного иа образцов. Результаты для другого образца (кружочки) оказываются сдвинутыми примерно на 1 мэв. Возможно, что это связано с наличием примеси дру- 300
«у
%гоо
0 &
CtT •1
§ WO
1
I 70
0,224 ОДв 0,228 0,230 0,232 ?2? Энергия, эв
Фиг 33. Влияние магнитного ноля на ступень примесного поглощения
в алтимониде индия при 1,4° К (из работы Джонсона и фана [86]). Пунктирная кривая соответствует H = O. Сплошные кривые (H = 7,7 кэ) относятся к днум разным направлениям поляризации падающего света.
0,235
0,234
0&3
ъ 0.232
л §
t\>
I" 0,231
0,230
0,229
0,228
5 Ю 15 20 25
И, нз
фиг. 34. Сдвиг максимумов примесного поглощения в антимониде индия, вызываемый магнитным нолем при 1,7° К (из работы Джонсона и фэна (36]). Точки — экспериментальные данные для образца 1 на фиг. 21; кружки — для образца з. Сплошные кривые — теоретические. l'.i- 6'. Поглощение вблизи края фундаментальной полосы 17!>
гого типа. При тех магнитных полях, при которых проводились эксперименты, второй член в квадратных скобках выражения (201) мал по сравнению с единицей. Поэтому наблюдавшийся сдвиг зависел от магнитного поля приблизительно линейно, с коэффициентом, равным 0,40 мэв/кгс. Этот коэффициент позволяет найти тс = O1 Ol 5т, что согласуется с величиной, определенной по меж-
Н, ко
Фиг. 35. Зависимость энергии максимумов поглощения от магнитного поля в антимовиде индия и аналогична« зависимость линий излучения лазера работы Джовеона и фэна |86]).
КруЛ([!И ОТНОСИТСЯ [< данным по поглощению треугольники — к линиям лазерного иалучевия , данные о которых взяты иа работы Филапл др. [113]. Сплошные кривые — теоретические, проведенные через точки, относящиеся к поглощению.
