Диссертация (1097819), страница 11
Текст из файла (страница 11)
При максимальных напряженияхна структуре спектр приобретет антидисперсионный вид. Построена модель экситонного отражения света с учетом влияния проводящего слоя создающего элекРисунок 1.29: Влияние электрического полябарьера на полосы поглощения света в интервале1.52 ÷ 1.56эВ.трического поле на поверхности. Эффекты в электрическом поле описаны с использованием ранее определенных пара-метров экситонов. Найдены параметры полупроводника и структуры, в рамкахкоторых теоретическая модель описывает экспериментальные результаты.В неоднородном электрическом поле барьера Шоттки обнаружен аномальный эффект Штарка на состоянии экситона = 1 — экситонной серии линийпоглощения и нормальный эффект Штарка на состоянии = 1 — триплетного состояния.601.4Обратная серия линий поглощения.5В длинноволновой области экситонных спектров кристаллов 2 (2ℎ) притемпературах 2 и 77 К обнаружена обратная водородоподобная серия (ОВС)из 9 линий поглощения, головные линии которой объясняются биэлектроннымисостояниями [26, 48, 52].С длинноволновой стороны каждой линии ОВС проявляются прямые серии (ПВС) линий поглощения.
Последние обусловлены взаимодействием биэлектрона как единого целого с положительно заряженным центром — биэлектронно-примесным комплексом (БПК) [53]. Переход электрона,связанного на нейтральном доноре, в зону 1 и еще одного электрона в зону 2 ивзаимодействие 2 с положительно заряженным центром обусловливает появление ОВС.
Попадая в поле положительно заряженного центра (например, ионизированного донора), биэлектрон на больших расстояниях ведет себя как точечный заряд — 2 с эффективной трансляционной массой = 1 − |2 | > 0. Врезультате реализуется обычная водородоподобная система с притягивающимпотенциалом. Если ≫ , биэлектрон в значительной степени должен сохранять свои индивидуальные свойства, что проявляется в ОВС, в тоже время,за счет взаимодействия биэлектрона как целого с положительно заряженнымцентром возможно образование ПВС, которые должны располагаться у каждой головной линии поглощения ОВС с длинноволновой стороны.
Более точный учет многочастичного взаимодействия должен приводить к отклонениямот водородоподобности, что, по—видимому, проявляется в расположении линий — компонент. Возможность существования ВПК показана теоретическимирасчетами [54–58].На рис. 1.30 изображены спектры пропускания моноклинного кристалла (поляризация ‖ ( ⊥ ), направление распространения света ⊥ ) при температуре 2 K (кривые а, а) и температуре 77 K (кривые b, b). Наиболее интенсивные и самые коротковолновые в этих группах «головные» линии (обозначенывертикальными стрелками в нижней части рисунка) образуют сходящуюся вдлинноволновую область спектра водородоподобную серию.С увеличением температуры с 2 K до 77 K число линий в группах существенно уменьшается.
При этом все линии, как и экситонные линии отражения,61параллельно смещаются в область меньших энергий примерно на 4 мэВ. Положение головных линий достаточно хорошо описывается формулой ОВС:,(1.6)2где = 1.504 эВ, = 0.733, = 4 ÷ 11 = +при 2 K.В спектрах выделены серии линийкомпонент, сходящиеся в коротковолновую область, например в группе с = 4(выделены вертикальными стрелками вверхней части рисунка). С понижениемтемпературы до 2 K появляются дополРисунок 1.30: Спектры пропусканиянительные линии, дополняющие эти се-‖⊥ ), направление распространения света ⊥ ) при температуре 2 K (кривые а, а) итемпературе 77 K (кривые b, b); толщинакристалла = 0.3 мм (а, б), 0.9 мм (а).моноклинного кристалла (поляризация(рии, однако наиболее интенсивными являются линии, наблюдаемые при 77 К.Анализ спектрального расположения линий с помощью формулы прямой во()дородоподобной серии (ПВС) ()= − () / 2 указывает на заметное()отклонение от водородоподобности, если в качестве брать спектральноеположение головной линии .Наличие ярко выраженной ОВС позволяет заключить, что формирование спектрасвязано с механизмом типа биэлектронного(рис.
1.31). Возможность этого согласуется сэлектронным типом проводимости полупроводника (в кристаллах дырочного типа проводимости ОВС отсутствует), а также единоеповедение серии линий в электрическом поле (рис. 1.29). В электрическом поле линииОВС практически не изменяют спектрально-Рисунок 1.31: Схематическое изображениеэнергетических зон, поясняющееобразование БПК. Знаком “+” обозначенположительно заряженный донорныйцентр, 1 и 2 — электроны, принадлежащиезонам1и2 .го положения и незначительно уширяются, в отличие от линий ПВС, имею5щих дипольный характер структуры. Тогда зонную схему кристалла 2 (2ℎ),62определяющую его оптические свойства вблизи края собственного поглощения,можно представить в виде двух зон проводимости 1 и 2 и одной или двухблизко расположены валентных зон. Необходимым условием для образованияОВС при этом является соответствие эффективных масс носителей заряда взонах условиям 1 > |2 |, 2 < 0.
Зная измеренное значение () и принимая значение статической диэлектрической проницаемости равно 10, оцениваем(1)˚.приведенную массу биэлектрона ≈ 5.4 · 0 и боровский радиус ≈ 1 (4)˚, т. е. наиболее интенТогда радиус наблюдаемого состояния = 4 · ≈ 16сивные наблюдаемые линии ОВС имеют относительно малые радиусы.Высокое соответствие ОВС условию (1.6) подтверждается также по спектрампоглощения в спектрах фототока барьера Шоттки [59, 60] (рис. 1.32).Учитывая роль положительно заряженных центров в образовании ОВС проведены исследования спектров отражения света в области ПВС и ОВС в зависимости от концентрации свободных носителей заряда в кристаллах и приинвертирования типа проводимости [50].При изменении концентрации свободных носителей заряда от 1014 до1018 см−3 пределы сходимости экситонных серий , , остаются постоянными, а все линии ОВС смещаются в длинноволновую областьспектра на 3 − 4 мэВ (рис.
1.33).Энергия связи биэлектрона постоянна для всех значений концентраций. Уменьшение предела сходимости ОВС обусловлено влияниемэкранирующего потенциала свобод-Рисунок 1.32: Зависимость энергий переходов ОВС от1/20для двух структур5 − 2 (2ℎ).Концентрация свободных носителей заряда a) -−3см, b) -10171014−3см.ных носителей заряда на энергиюсвязи донорного центра. Компенсация кристаллов 2 приводит к изменениюконцентрации свободных носителей заряда, но не изменяет предела сходимостиОВС (осуществляется переход из точки 0 в точку 1 на рис.
1.33(а)). Точки 263и 3 получены на компенсированном образце при увеличении концентрации доноров. Из полученных результатов следует, что в пределах погрешностей эксперимента до полной ионизации всех линий ОВС электрическое поле не приводитк смещению их энергетического положения.Выводы: В длинноволновой области экситонных спектров кристаллов52 (2ℎ) при температурах 2 и 77 К обнаружена обратная водородоподоб-ная серия (ОВС) из 9 линий поглощения, головные линии объясняются биэлектронными состояниями. С длинноволновой стороны каждой головной линиипроявляются прямые водородоподобные серии (ПВС).
Последние обусловленывзаимодействием биэлектрона как единого целого с положительно заряженнымцентром — биэлектронно — примесным комплексом (БПК). Переход электрона,связанного на нейтральном доноре, в зону 1 и еще одного электрона в зону2 и взаимодействие 2 с положительно заряженным центром обусловливаетпоявление ОВС.Возможность существования ВПК показана теоретическими расчетами.
Изучено влияние электрического поля и концентрации носителей заряда наспектры БПК. Показано,что в пределах погрешностей эксперимента до полной ионизации всех линийОВС электрическое полеРисунок 1.33: Зависимость пределов сходимости экситонных серий, , ,пределов сходимости ОВС (а, б) и постоянной РидбергаОВС (в) от концентрации свободных носителей заряда.приводит к незначительному смещению их энергетического положения.При изменении концентрации свободных носителей заряда от 1014 до1018 см−3 пределы сходимости экситонных серий , , не меняются, а вселинии ОВС смещаются в длинноволновую область спектра на 3 − 4 мэВ. Энер-64Рисунок 1.34: Спектры люминесценции кристаллов2при температурелазера с длиной волны9K и возбуждении излучения˚.4765 гия связи биэлектрона постоянна для всех значений концентраций.
Показано,что уменьшение предела сходимости ОВС обусловлено влиянием экранирующего потенциала свободных носителей заряда на энергию связи донорного центра.Компенсация кристаллов 2 приводит к изменению концентрации свободныхносителей заряда, но не изменяет предела сходимости.1.5Спектры излучения свободных и связанных экситонов в2 (48 ).Оптические свойства дифосфида кадмия исследовались в работах [4, 61–69].В области края поглощения в спектрах люминесценции кристаллов 2 при˚ аргонового лазера обнаруженытемпературе 9 K и возбуждении линией 4765 01интенсивные линии излучения и при энергиях 2.1533 эВ и 2.1547 эВс длинноволновой стороны, которых наблюдаются линии 1 − 17 (рис.
1.34).0Энергия максимума (2.1547 эВ) совпадает с энергией непрямого перехо-да в экситонную зону [61–64, 68]. Именно эта величина получена из спектровмодулированного поглощения 2 / 2 . Энергетическое расстояние между ли10ниями излучения и равно 1.4 мэВ и обусловлено расщеплением экси-тонных состояний из-за обменного взаимодействия. Линии излучения 1 − 17обусловлены эмиссией фононов при аннигиляции свободного непрямого экситона. Энергетическое положение обнаруженных полос люминесценции и участвующих фононов представлены в таблице 1.4.65Таблица 1.4: Максимумы спектров излучения в кристаллах№1234567891011121314151617 ,мэВ (2.1534) − ,мэВ*11.42.138614.72.135617.717.52.127425.926.162.125328.011.4+17.72.120932.414.7+17.72.119034.328.0+6.22.115038.438.12.110642.728+14.72.107346.028+17.72.104948.49.4+39.32.100253.155.52.096157.22.094558.82.092261.12.088964.5и9Γ5[2]К.*****9.42.1419, примэВ(Γ2 , 2 ) [11], [2] , [12]2.1440Рисунок 1.35: Спектры люминесценции кристалловна примесях, ,29.5*11.414.3*26.2*38.155.457.558.038.4+25.92на свободных экситонах и экситонах связанныхи модель уровней экситонов связанных на аксиальных центрах.Спектры люминесценции кристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации легированных , , , также как и спектры дифосфидорв цинка описываются разрешенными и запрещенными рекомбинационными переходами в модели уровней аксиального центра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
