Диссертация (Оптоэлектронные свойства бирефрактивных кристаллов A2B5 и приборов на их основе), страница 3

С увеличением концентрации свободных носителей заряда предел сходимости ОВС смещаетсяв длинноволновую область. Энергия связи биэлектрона не зависит от концентрации носителей заряда, когда как с ростом величины электрическогополя предел сходимости ОВС смещается в коротковолновую область.3. В 2 — синглетная экситонная серия симметрии Γ−2 (), разрешеннаяв поляризации ‖ , характеризуется слабым экситон — фотонным взаимодействием. Продольно — поперечное расщепление и радиус Бора син5глетных экситонов Γ−2 () в 2 меньше, чем в 2 (2ℎ ). В кристаллах2 величина расщепления верхних валентных зон в центре зоны Бриллюэна из-за кристаллического поля (Δ = 14.6 мэВ) меньше расщепленияиз-за спин-орбитального взаимодействия (Δ = 19.3 мэВ).4. В кристаллах 2 и 2 доминирующую роль в люминесценции играют экситоны, связанные на аксиальных центрах примесей , , , ,.

Волны излучения свободных и связанных экситонов интерферируют.Излучение фононов при аннигиляции экситона в спектрах люминесценцииприводит к резонансному возбуждению запрещенных состояний связанногоэкситона и усилению люминесценции с запрещенных уровней.5. Спектральные зависимости оптических функций , , 1 , 2 ,2 1 2 2 2 , 2для5кристаллов 3 2 ,2 (48 ),2 ,2 (2ℎ),2 в области энергий (1-11)эВ, определенные из экспериментальных спектров отражения, обладают существенной анизотропией. Обнаруженные сингулярности оптическихфункций , , 1 , 2 , and2 2 2обусловлены электронными переходами междумаксимумами валентной зоны и минимума зоны проводимости в точках Γ, , и зоны Бриллюэна.146. Показана возможность создания и созданы гетеропереды на основе разных фаз одного и того же соединения — 2 .

Изотипные () − () и5анизотипные () − () гетеропереходы 2 (2ℎ)/2 (48 ), получен5) фаз, являютсяные эпитаксиальным наращиванием 2 (48 ) и 2 (2ℎэлементами приборов поляризационной электроники.7. Исследованиями методом Оже-спектроскопии поверхности кристаллов5),2 показана возможность очиски по4 ,2 (48 ),2 ,2 (2ℎверхности и создания на ней отрицательного эффективного электронногосродства (ЭОЭС). Термообработка кристаллов 2 (48 ) при температурах(200 ÷ 450) C приводит к росту концентрации основных носителей зарядав кристаллах — типа проводимости и к инверсии знака проводимости вприповерхностной области в кристаллах –– типа проводимости.

В системе − 2 : − реализуется состояние (ЭОЭС), устойчивое послепрогрева до температур (160 ÷ 180) C.8. Контакты кристаллов –– типа проводимости с металлами и проводящимокислом образуют запорные слои. Высота барьеров определяется работой выхода металла. Кристаллы дырочного типа проводимости с металламиобразуются омические контакты или слабо выраженные запорные слои. Вструктурах на дифосфидах цинка и кадмия с выпрямляющими электрическими контактами полная проводимость имеет комплексный характер и ярко выраженную частотную зависимость, обусловленную перезарядкой глубоких уровней, определяющих проводимость полупроводника, на границахслоя объемного заряда.Обоснованность и достоверность научных положений, выводов ирекомендаций.Достоверность результатов экспериментальных исследований обеспеченаадекватным выбором методик и научного оборудования, подтверждением полученных данных в работах российских и зарубежных ученых.

Обоснованностьнаучных положений и рекомендаций следует из удовлетворительного согласия15экспериментальных результатов с теоретическими описаниями явлений и процессов по разработанным для этих случаев физическим моделям.Личный вклад соискателя.Автором сформулированы основные цели и задачи работы, разработаны иреализованы методики исследований, выполнены основные экспериментальныеисследования, разработаны модели и проведено компьютерное моделирование.Апробация результатов диссертации.Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях и симпозиумах, в числе которых: Международная конференция«Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», Ульяновск, 2003,2005, 2007, 2009, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 г.; международная конференция«Optics of excitons in condens matter», St.-Peterburg, 14-18 sept., 1997; XVIIIntern.

Conf. on Coherent and Nonlinear Optics, Minsk, Belarus, June 26-july 1,2001; Intern. Conf. "Materials science and condensed matter physics Chishinau,Moldova, 2001,2004, 2006, 2008, 2010, 2012, 2014, 2016; International Conference"Physics of electronic materials Kaluga, Russia, 2005, 2008 г.; 2 Теренинскаянаучно-практическая конференция, Калуга, 5-6 мая, 2006 г.; III Мiжнародна науково-практична конференцiя «Матерiали електронної технiки та сучаснi iнформацiйнi технологiї» (МЕТIТ-3), Кременчук, 21-23 Травня, 2008;7th Belarusian-Russian Workshop Semiconductor Lasers and Systems, 1-5 June2009; Minsk, Belarus; The 33 rd ARA Congress Modernism and Progress inArts and Sciences, Sibiu, June 02 - 07, 2009; Международная конференция«Математическое моделирование в образовании, науке и производстве» 1999,2001, 2003, 2005, 2007, 2009, 2011, 2013, 2015 г., Международная конференция«Telecommunications, Electronics and Informatics», May 20-23, Chisinau, 2010 2016 г.

и др.16Глава 1Свободные и связанные экситоны вкристаллах дифосфидов и диарсенидовцинка и кадмия.1.1Экситоны в 2 .Первые исследования анизотропии оптических свойств в области фундаментального поглощения выполнены в [8, 9]. В этих работах показано, что крайпоглощения формируется прямыми поляризованными электронными переходами. В области прозрачности поглощение в поляризации ‖ больше, чем вполяризации ⊥ [9]. Резкий подъем коэффициента поглощения при 300 Кначинается с энергии 0.91 эВ, а в поляризации ⊥ — с энергии 0.93 эВ.

Припонижении температуры края поглощения смещаются в сторону больших энергий. Температурный коэффициент смещения =ΔΔ−4300 ÷ 77 К для поляризации ‖ равен 3.1 · 10в интервале температурэВ/град и для поляриза-ции ⊥ равен 4.6 · 10−4 эВ/град. В интервале температур 10 ÷ 77 К дляполяризации ‖ коэффициент равен 3.5 · 10−4 эВ/град, для поляризации ⊥ — 2.06·10−4 эВ/град. Подобное различие температурных коэффициентовсмещения края наблюдалось и в других кристаллах группы 2 5 [4, 9, 10].Экситонные состояния в области края поглощения в кристаллах 2 обсуждались в [11, 12].

В этих работах обнаружены — состояния экситонов.Анализ экситонных спектров отражения линии = 1 при 77 К проведен безучета поляритонных эффектов, наличия мертвого слоя и др.17В рамках теории Томаса — Хопфилда [13,14], при учете дополнительных граничных условий Пекара [15], диэлектрическая проницаемость среды в окрестности экситонного резонанса имеет вид:(,) = +20 02 202 − 2 + ~2 0 − (1.1)где — фоновая диэлектрическая проницаемость, обусловленная вкладом всехмеханизмов взаимодействия, кроме рассматриваемого осциллятора; 0 — поперечная частота экситона, = * + * — трансляционная масса экситона, — волновой вектор, = − 0 продольно — поперечное расщепление, —продольная частота экситона.Коэффициент отражения для изотропного кристалла при нормальном падении света на границу кристалл — МС — вакуум определяется следующимсоотношением:где 0 =√⃒⃒ 1−0 −* 20 ⃒2⃒0+⃒⃒0 +*0 = ⃒ 1+1−⃒ ,*−⃒ 1 + 1+0 · 0 +* 20 ⃒000 , * =1 2 +01 +2 ,(1.2) — глубина “мертвого слоя”, — волновой векторэкситона, 1 , 2 — показатели преломления поперечных волн с учетом зависимости от фактора затухания .На рис.1.1(А) представлены контуры измеренных и рассчитанных спектровотражения монокристаллов 2 полученных из газовой фазы в поляризации ‖ при 10 К.

В спектрах выявлены линии = 1 при энергии 1.0402 эВ, = 2 при 1.0497 эВ и = 3 при 1.0515 эВ. Контур спектров отражения полосы = 1 изменяется от 15% до 50%. Постоянная Ридберга свободных экситоноврассчитанная по энергетическому положений линий = 1 и 2 равна 12.6 мэВ, апо положению линии = 2 и = 3 равна 12.9 мэВ. Приняв энергию связи экситона равной 12.9 мэВ определена ширина запрещенной зоны = 1.0531 эВ.Энергия связи экситона 12.6 мэВ, полученная из расчетов по линиям = 1 и2 близка к величине 12.0 мэВ, полученной в работах [11, 12, 16, 17] также по положению линий = 1 и = 2.

Как видно, величина Ридберга рассчитанная полиниям = 2 и 3 и = 1 и 2 в пределах погрешности эксперимента совпадают.18Рисунок 1.1: Спектры отражения2 в поляризации ‖ (А, ‖ (В) толщиной 0.45 мкм.кристалловв поляризацииВ) и спектры пропусканияКонтуры спектров отражения рассчитаны по двух осцилляторной модели наоснове дисперсионных соотношений. Расчеты контура спектров отражения даетудовлетворительное согласие эксперимента и теории для состояния = 1 приследующих параметрах 0 = 1.0402 эВ, = 1.7 мэВ, = 1.15 · 0 , 0 = 11,˚.

Для состояния = 2 0 = 1.0497 эВ, = 0.5 мэВ, = 1.1 мэВ и = 15 = 1.0 · 0 , 0 = 11, = 1.7.На рис.1.1(В) сопоставлены спектры отражения массивных кристаллов (длясравнения) и пропускания кристаллов толщиной 0.45 мкм (кривая ). Малаятолщина кристалла позволила измерить спектры поглощения в максимуме экситонного спектра ( ) поглощения в поляризации ‖ . Кристаллы такихтолщин были прозрачными в области энергий > =1 вплоть до 1.12 эВ.В области энергий 0.9 · · · 1.12 эВ в спектрах пропускания обнаруживается ярко выраженная интерференционная картина. При приближении к энергии максимума спектров отражения (0 ) со стороны меньших энергий интенсивность интерференционных спектров уменьшается. Интерференционныеспектры практически полностью согласуются со спектрами отражения, имеютминимальное значение пропускания (максимальное значение поглощения) приэнергии (0 ).

Одновременно, следует отметить, что интерференционные полосы наблюдаются и при энергиях превышающих (0 ).В спектрах отражения сколотых кристаллов 2 , полученных из расплаваи измеренных в поляризации ‖ при температуре 10 К также обнаруживаются экситонные максимумы. Контур спектров отражения линии = 1 изме-19, пропускания ⊥ , В — спектрыРисунок 1.2: А — Спектры отражениякристаллов408мкм в поляризациикристаллов толщинойотражения0.45мкм и поглощенияв поляризации‖и кривыевнеполяризованном свете.няется в пределах от 15 до 45%. Максимум отражения = 1 наблюдается при1.0399 эВ, = 2 при 1.0497 эВ и = 3 при 1.0518 эВ.