Отзыв оппонента Рудь (Оптоэлектронные свойства бирефрактивных кристаллов A2B5 и приборов на их основе)

отзыв официального оппонента. на диссертационную работу Стамова Ивана Григорьевича «Оптоэлектронные свойства бирефрактнвных кристаллов А~В5 и приборов на их основе», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 01.04.10 — Физика полупроводников Диссертационная работа Стамова Ивана Григорьевича посвящена экспериментальным исследованиям анизотропии оптоэлектронных свойств полупроводниковых кристаллов А~В5 с пониженной симметрией, и изучению явлений на поверхности и на границах раздела таких кристаллов с металлами и другими полупроводниками, выяснение возможностей практического применения оптического и фотоэлектрического дихроизма и оптической активности этих полупроводников.

Актуальность темы. При исследовании и разработке приборных структур полупроводниковой оптоэлектроники из года в год происходит вовлечение в их круг все новых и новых материалов и структур с широкими пределами вариации их свойств и характеристик. Для развития поляризационной оптоэлектроники необходимы материалы с сильной анизотропией электронных и оптических свойств, на базе которых создаются активные элементы: р — п - переходы, гетеропереходы, контакты Шоттки.

Такими свойствами обладают соединения группы Азв5, которые имеют сильно выраженные бирефрактивные свойства, отвечают многим требованиям, предъявляемым к полупроводникам, и являются высокотехнологичными материалами. Эти материалы обладают большим разнообразием физических свойств, такими как высокая оптическая активность тетрагональных и значительный плеохроизм моноклинных кристаллов, полупроводниковые свойства и возможность инверсии типа проводимости, поперечный эффект Дембера и т.д.

Эти и другие физические свойства соединений А2В5 и явления в них представляются перспективными для создания различных приборов, в том числе и таких, параметрами которых можно управлять поляризованным излучением. Исследования физико-химических, структурных и физических свойств соединений А2В5 проводяятся- в многих ведущих научных центрах мира — в России (ФТИ им. А. Ф.Иоффе АН России, МГУ Москва, ВГУ Воронеж, ИОНХ Москва и др.), США, Японии и др. Изучению свойств материалов этой группы посвящен ряд монографий. Таким образом, актуальность работы Стамова Ивана Григорьевича определяется огромным интересом исследователей к изучению свойств анизотропных материалов с научной точки зрения и существованием реальной перспективы создания и применения приборов, изготовленных на основе соединений А2В~.

Общая характеристика работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы из 280 наименований. Объем диссертации составляет 343 страниц, включая 198 рисунка и 11 таблиц. Первая глава посвящена изучению свободных и связанных экситонов в кристаллах дифосфидов и диарсеиидов цинка и кадмия. В 81.1 представлены результаты исследований оптических свойств ТлАзь В области края поглощения изучена С вЂ” экситонная серия, обусловленная синглетными экситонами симметрии à — з (я), разрешенными в поляризации Е 1 с. В поляризации Е 3. с обнаружена слабо разрешенная в дипольном приближении, запрещенная в Е 1 с, ортоэкситонная  — серия симметрии 2à — 1 (у) + Г-з (х) (рис. 1).

На базе экспериментальных результатов рассчитаны контуры экситонных спектров и определены параметры экситонов и зон. Установлено, что экситоны à — 2 (г) и ортоэкситоны симметрии 2Г-1 + Г-г происходят от одной и той же пары зон. Определены также величины расщеп- лений в кристаллах УпАзз в центре зоны Бриллюэна из-за кристаллического поля (Л„= 14.6 мэВ) и спин-орбитального (Л = 19.3 мэВ) взаимодействия верхних валентных зон. В 91.2 экспериментально исследованы экситонные состояния в кристаллах УпРз(С~за).

По спектрам отражения в поляризации Е 1 с, й 1 а при различных температурах и расчетам по одноосцилляторной и много — осцилляторной моделям дисперснонных соотношений определены фоновая диэлектрическая постоянная еЬ, фактор затухания у, энергия поперечного экситона шт, величина продольно-поперечного расщепления Ььт, приведенная масса д* и трансляционная масса М для С вЂ” экситонов à — г (я). Повышение температуры приводит к увеличению коэффициента затухания у, понижению продольно-поперечного расщепления Ььт, шт и массы М экситона à — з (я).

Результаты этих исследований и данные литературы свидетельствуют, что все экситонные серии (С, В и А) сформированы одной парой зон У~ — Сь Установлено, что разные энергии связи экситонов (Е~~~) для экситонных серий С, В и А обусловлены различной эффективной массой дырок для разных направлений волнового вектора 1г. Определены энергетические интервалы между зонами У~ — Уз и Уг — Уз, расщепленными из-за кристаллического поля и спин-орбитального взаимодействия.

В ~1.3 диссертации рассмотрено влияние электрического поля на спектры зеркального отражения света в области экситонного состояния п = 1. По мере увеличения напряженности электрического поля в структуре происходит сдвиг контура экситонного отражения света в длинно- волновую область и его сглаживание, При максимальных напряжениях на структуре спектр приобретает антидисперсионный вид. Построена модель экситонного отражения света с учетом влияния проводящего, слоя создающего электрическое поле на поверхности. Найдены параметры полупроводника и структуры, в рамках которых теоретическая модель описывает экспериментальные результаты.

В неоднородном электрическом поле барьера Шоттки (рис. 3) обнаружен аномальный эффект Штарка на состоянии экситона п = 1 С вЂ” экситонной серии и нормальный эффект Штарка на состоянии и — 1  — триплетного состояния. Важно отметить, что здесь впервые изучен процесс диссоциации триплетного экситонного состояния в ионизирующем электрическом поле. В 91.4 описана обнаруженная в длинноволновой области экситонных спектров кристаллов ХпРз(С'гь) обратная водородоподобная серия (ОВС) из 9 линий поглощения, головные линии которой объясняются биэлектронными состояниям. С длинноволновой стороны каждой головной линии проявляются прямые водородоподобные серии (ПВС). Последние обусловлены взаимодействием биэлектрона, как единого целого, с положительно заряженным центром.

Обоснована возможность существования биэлектронно примесного комплекса (БПК). Нами экспериментально установлено, что электрическое поле не приводит к существенному смещению энергетического положения линий ОВС, а увеличение концентрации свободных носителей заряда приводит к смещению линий в длинноволновую область спектра. При этом энергия связи биэлектрона постоянна для всех значений концентраций свободных носителей заряда. Показано, что уменьшение предела сходимости ОВС обусловлено влиянием экранирующего потенциала свободных носителей заряда на энергию связи донорного центра. В З1.5 и 1.6 изучены оптические спектры свободных и связанных экситонов в нелегированных и легированных разными примесями кристаллах дифосфидов кадмия и цинка. Показано, что примеси Ми, Сй, И, Еп, эЬ являются в этих кристаллах аксиальными центрами для связанных на них экситонов.

Обнаружена тонкая структура в спектрах поглощения Сг1Рз и 2пРг(0'~) при 2 и 9 К, связанная с непрямыми переходами с поглощением и эмиссией фононов. Спектры люминесценции описываются разрешенными и запрещенными рекомбинационными переходами в модели уровней аксиального центра. Предложены модели оптических рекомбинационных переходов аксиальных центров.

Энергетическое расстояние между Б (П) — Л определяет величину расщепления уровней из-за спин-орбитального взаимодействия (А~0). Определены величины расщеплений из-за спин-орбитального взаимодействия (й0) и кристаллического поля Л состояний электронов и дырок со спином для примесных атомов.

При этом установлено, что в кристаллах УпРг(дз4) Лст для Сй, Еп и Мп имеют одинаковые величины. Для экситонов, связанных на центрах Мп, величина Л > 6~, а для Еп имеет место обратная зависимость - 6~0 < Л . Обнаруже- на интерференция излучения при аннигиляции свободных экситонов с излучением экситонов, связанных на аксиальном центре. Вторая глава посвящена бирефракции и структуре энергетических зон кристаллов АгВз. В 82.1 и 82.2 обсуждаются вопросы, связанные с дисперсией оптического вращения, бирефракции и зонной структурой тетрагональных кристаллов в области края фундаментального поглощения.

В кристаллах дифосфида кадмия обнаружено подавление естественной гиротропии кристаллов. Здесь же представлены результаты исследования бирефракции в дифосфидах кадмия и цинка и предложены модели энергетических зон в области края фундаментального поглощения. Установ-' лено, что спектральные зависимости показателей поглощения и преломления для поляризаций Е 1 с(й1Ь) и Е.1с(й1Ь),атакже Е1Ь(й1с) и Е1а(lс1с),при некоторыхдлинах волнпересекаются. Показано, что непрямые переходы в экситонную зону являются неполяризованными и происходят из зоны Х1 в зону Гь При энергиях фотонов больших энергии непрямых переходов край поглощения формируется прямыми разрешенными переходами Г1 — Г1 или Гг — + Гг в поляризации Е 3. с (2.2727 эВ при 2 К в СЙРг и 2.403 эВ в ХпРг(0~4)) и переходами между зонами с симметрией Гьг,з,4-+ Ггл,4,з, Гз — Гз и ГВЗьг — Ганг в поляризации Е 1 с (2.3087 эВ при 2 К кристаллов САРг и 2.445 эВ в ХпРг(0З4)).

В 82.3 и 82.4 представлены результаты исследования бирефракции моноклинных кристаллов ХпРг(С'гь) и ХпАзг в области края поглощения по спектрам поглощения и отражения в поляризованном свете и интерференции обыкновенных и необыкновенных лучей. Определены оптические функции и построены энергетические диаграммы этих кристаллов рассчитаны расщепления энергетических зон из-за спин-орбитального взаимодействия и кристаллического поля. В 82.5 - 82.9 представлены результаты исследований спектров отражения кристаллов СЫРг, ХпРг(084), ХпРг(С'гл) и ХпАзг в фундаментальной области поглощения.

Определены энергии прямых электронных переходов и проведена локализация их в актуальных точках зоны Бриллюэна в соответствии с теоретическими расчетами структуры энергетических зон. Интерпретация электронных переходов по спектрам отражения проведена в сопоставлении с аналогичными спектрами ХпзРг.