Диссертация (1097819), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Для182Рисунок 3.10:— модулированные спектры фотоответа2 : − 2 − 2 (а), фотоэмиссии − 2 (г).поверхности(в), фотоответавыделения особенностей структуры фотоэмиссионных спектров с поверхностикристаллов, активированных − , фотоэмиссионный ток модулирован подлине волны. В спектрах Δ ℎ /Δ обнаружена структура состоящая из десятиособенностей 1 − 10 (рис. 3.10, табл. 3.2). Сопоставляя спектры отраженияи — модулированной фотоэмиссии, можно заметить, что структура 1 − 10располагается практически при тех же энергиях, при которых обнаруживаются пики отражения.
Максимумы 1 1 ′ и 2 и 3 являются слабыми, так какфотоэмиссия в этой области мала, более интенсивная фотоэмиссия обнаруживается в области 4 − 8 . Максимум 1 обусловлен электронными переходами,формирующими : прямые переходы в = 0. Особенности, обнаруженные в — модулированной фотоэмиссии, обнаруживаются и в — модулированныхспектрах фотоответа 2 − 2 (рис. 3.10) [157]. В области 0.9 ÷ 2.2 эВ выявлены одиннадцать оптических переходов 1 − 12 в поляризации ‖ и пятьоптических переходов в поляризации ⊥ (1 − 5 ). Модулированные спектры2 −2 содержат наиболее интенсивные особенности при тех же энергиях,при которых обнаружены фотоэмиссионные пики 1 , 2 и 3 . Учитывая, чтов спектрах краевого поглощения проявляются переходы в = 0, а в спектрахотражения наиболее длинноволновый пик в большинстве полупроводников обу-183словлен переходами типа 1 (Δ2 ) − 2 (Δ1 ), электронные переходы в 2 вобласти минимума межзонного промежутка можно рассматривать в рамках модели, представленной на рис.
3.10. Прямые переходы (1 , 1 , 3 и 3 (4 , 1 ′ )происходят в = 0 из зон 2 и 4 в 1 в поляризации ‖ , а переходы 2 (1 )и 2 происходят также в = 0 из зон 2 и 3 в 1 в поляризации ⊥ . Втораягруппа особенностей 5 (3 , 6 − 4 , 4 , 5 ) обусловлена электронными переходами из трех расщепленных зон в зону 2 , 2 Δ2 (Δ1 ) - Δ1 .
Третья группаэлектронных переходов 4 , 2 , 3 ′ (3 , 5 ) происходит из расщепленных валентных зон в зону проводимости 3 Σ3 Σ4 − Σ4 (рис. 3.10(д) — фрагмент зоннойдиаграммы). В рассматриваемой модели зон бесспорно возможны и непрямыепереходы из 1 −5 в 2 и 3 , которые в модулированных спектрах поглощенияи фотоответа могут присутствовать. При 77 K в спектрах ΔЭДС /Δ диодов−2 обнаруживаются пики 1 −13 (рис. 3.10, табл. 3.2). Структура этихособенностей согласуется с обсужденными выше спектрами. Максимумы 1 − 3с учетом температурного коэффициента смещения края поглощения вполне согласуются с пиками 3 , 4 , 3 , a 4 - с пиком 6 .
В модулированных спектрах − 2 , к сожалению, не удалось анализировать экситонные состояния,так как из — за большого количества переходов в узком интервале энергийневозможно выделить прямые и непрямые переходы в области энергий > .Таким образом, в 2 в центре зоны Бриллюэна зоны 1 − 2 и 3 − 4 расщеплены из — за кристаллического поля на 0.04 ÷ 0.06 эВ, a 1 (2 ) - 4 (3 )расщеплены на 0.1 ÷ 0.12 эВ из — за спин — орбитального взаимодействия.Энергетическое расстояние зон 2 −1 меньше 0.5 эВ, а 3 −1 меньше 0.3 эВ.Если предположить, что дисперсия — зон невелика, т.е. 1 (Σ2 ) располагаетсяпримерно на 0.1 эВ ниже зоны 1 (Γ2 ), то интервал 3 − 1 равен 0.2 эВ.Структура края поглощения и спектры отражения 4 изучались в [160],где обнаружены анизотропия края поглощения и поляризованные пики отражения в области 1 ÷ 3 эВ.
В спектрах отражения 4 в собственной областиобнаружены пики 1 − 17 и 1 − 14 в поляризациях ‖ и ⊥ соответственно (рис. 3.11, табл. 3.3). Ширина запрещенной зоны 4 обусловленапрямыми переходами в = 0 и равна 0.88 и 0.93 эВ для ‖ и ⊥ . В области184Таблица 3.2: Энергии пиков отражения (эВ) кристалловфотоэмиссионного тока с поверхностиФотоэдс структур − 2 ,пик2 : 1.151.191.271.401.511.591.641.741.811.851.901.932.12 − 2 , 2 − 2 .Фотоэдс структур2 : 2 − 2 , 300 Kпик‖⊥пиксвет12345678910111213модулированных по длине волныЭмиссионный ток77 Kнеполяризов2 ,и фотоответа структурнеполяризовсвет1123456789100.971.21.271.591.871.972.122.272.452.652.89112234356478910110.9350.9610.9961.0591.1001.1601.2701.3151.4601.511.5571.6601.8522.0632.120.8÷3.0 эВ измерены спектры — модулированной фотоэмиссии 4 : −(рис.
3.11(б)), которые содержат пики 01 , 1 4 , 5 −10 (табл. 3.3). Для удобства сравнения и наглядности в одном энергетическом масштаб представленыфрагменты в поляризациях ‖ и ⊥ (рис. 3.11(г)). Kак видно из сравнения, спектры — модулированной фотоэмиссии и отражения согласуются винтервале энергий > 4 .
В спектрах Δ /Δ структур − 4 в области0.8 ÷ 1.5 эВ обнаружены пики 1 − 5 и 1 − 4 в поляризациях ‖ и ⊥ (рис. 3.11(в)). Эти пики, как модуляционные структуры, обусловлены особенностями электронных переходов в минимуме межзонного промежутка 4 . Пики1 − 2 и 1 обусловлены прямыми переходами в центре зоны Бриллюэна из1 , 2 ,3 в зону 1 [Γ2 (Γ1 Γ2 )] в Γ1 ]. Валентные зоны 1 − 2 расщеплены из —за кристаллического поля на 0.05 эВ, a 1 (2 ) — 3 — из — за спин — орбитального взаимодействия на 0.06 ÷ 0.08 эВ.
Эти переходы в — модулированнойфотоэмиссии проявляются как краевая фотоэмиссия — пик 0 .Пик фотоэмиссии 1 в спектрах отражения не проявляется, а в модулированных спектрах фотоответа присутствуют пики 3 , 3 .Учитывая, что в фотоэмиссии и в фотоответе могут проявляться непрямыепереходы [4,107,134–136,147,152,153], вполне возможно, что особенности 1 , 3185Рисунок 3.11: Спектры отражения4(г),— модулированной фотоэмиссии (б),фотопроводимости4Таблица 3.3: Энергии пиков отражения (эВ) кристалловфотоэмиссионного тока с поверхности4 : Фотопроводимость − 4 − пик‖ ⊥10.8810.9320.993 , 31.151.1531.2451.40— модулированной(в).4 ,модулированных по длине волныи фотоответа структурФотоэмиссионный ток4 : − пикнеполяризов.свет01456789100.901.151.481.741.882.032.422.572.902 − 4 .186и 3 обусловлены непрямыми переходами из 1 − 3 ( = 0) в 2 (рис. 3.11),т.е.
Γ2 (Γ1 , Γ2 ) → Σ4 . При этом энергетический интервал 2 − 1 равен 0.27 эВ.Максимум — модулированной фотоэмиссии 4 близок по энергии пикам отражения 1 , 2 и 1 . Длинноволновые пики отражения 1 , 2 и 1 могут бытьинтерпретированы прямыми электронными переходами Σ3 (Σ1 , Σ3 ) - Σ4 , т.е. из1 − 2 и 3 в 2 , тогда расщепление 1 − 2 (Σ3 − Σ1 ) и 2 − 3 (Σ1 − Σ3 )равно (0.06 ± 0.01 эВ). Наиболее интенсивные особенности — модулированнойфотоэмиссии 5 , 6 и 7 , согласуются с пиками отражения 2 , 3 , 4 и 4 . Этиособенности обусловлены прямыми переходами из трех расщепленных — зонв 3 (рис. 3.11), т.е. Δ2 (Δ1 ) → Δ1 . Экстремумы в спектрах — модулированной фотоэмиссии 8 , 9 и 1 0 полностью согласуются с пиками отражения6 , 5 и 7 соответственно.
В — модулированной фотоэмиссии не обнаружентолько пик отражения 5 (2.169 эВ).Спектры отражения кристаллов 2 изучены в работах [3, 4, 10, 152, 156]. Вобласти начала фундаментального поглощения обнаружены экситонные состояния. Кроме того, получены разные типы кристаллов, в которых экситонныеспектры поглощения и отражения отличаются [18,19,26,53,160–162]. В спектрах5отражения 2 (2ℎ) в поляризации ‖ обнаружены максимумы 1 − 10 , ав поляризации ⊥ — пики 1 − 11 (пики 1 0 и 11 обнаружены в неполяризованном свете) (рис.
3.12(а)).Самые длинноволновые пики отражения (исключая экситонные пики) проявляются при 1.9 ÷ 2 эВ (табл. 3.4). В спектрах поглощения в собственной области в поляризации ⊥ (300 K) обнаруживается интенсивный максимум 55— 1.8 эВ [3,4]. Спектры поглощения монокристаллов 2 (2ℎ) малых толщин( ∼ 0.5 ÷ 0.8 мкм), полученных из газовой фазы, представлены на рис. 3.12(б).Начало краевого поглощения на данном рисунке не представлено, так как подробно обсуждено в [4, 18, 19, 26, 53, 160, 161]. В области континуума экситонныхсостояний обнаруживаются слабые особенности 1 , 2 и 3 .
Пики 1 и 2отстоят от линии = 1 экситонов и на величину оптического фонона(41 ÷ 28 мэВ), т.е. слабые пики 1 и 2 являются фононными повторениями = 1 экситонов и [162, 163].187Рисунок 3.12: Спектры отражения, поглощения пластин толщинойфотоэмиссии (б)0.5 ÷ 2мкм (а),— модулированной52 (2ℎ).Минимум межзонного промежутка формируется прямыми переходами Γ2 −Γ1 . Полоса 3 , по — видимому, также является фононным повторением —состояний экситонов. При этом процесс поглощения происходит с участиемфонона энергией 57 мэВ [164–167]. В этой области энергий обнаруживаютсянепрямые переходы в экситонную зону Γ1 с участием высокоэнергетическихфононов [165].С высокоэнергетической стороны полос 1 − 3 обнаружены максимум поглощения 2 (1.690 эВ) и дублетный максимум 5 , 5 ′ (1.832, 1.869 эВ).
Этимаксимумы отличаются тем, что 2 является слабым, а дублетные пики 5 , 5 ′являются достаточно интенсивными. Оба этих перехода не обнаруживаются вспектрах отражения и заметно выделяются в спектрах — модулированнойфотоэмиссии кристаллов 2 , активированных − (рис. 3.12(б)). На основании вышеизложенного можно считать, что пик 2 (2 ) обусловлен прямымипереходами в = 0 из 3 в 1 (Γ1 −Γ1 ). С коротковолновой стороны максимума2 присутствуют слабые особенности 3 (1.718 эВ) и 4 (1.798 эВ). Маловероятно, чтобы эти слабые особенности были обусловлены фононными повторениями188Таблица 3.4: Энергии пиков отражения (эВ) кристаллов52 (2ℎ), модулированных по длине5: − и поглощения 2 (2ℎ).волны5фотоэмиссионного тока с поверхности 2 (2ℎ )Δфэ /Δ,Поглощение, 77 K300 Kпик⊥пикнеполяризов. свет12323451.609123451.59L51.86967899102.0551.6181.6391.6901.7181.701.812.102.301.7981.8322.1572.2932.4542.5292.702перехода 2 (как непрямой переход из 3 в 1 ).
Мы полагаем, что полосы 3 и 4обусловлены непрямыми переходами 1 (Γ2 ) в 2 (Σ4 ) и 2 (Γ2 ) в 2 (Σ4 ) соответственно. Тогда разность энергий 1.798−1.718 = 8 мэВ близка к величине расщепления зон 1 и 2 , полученных из экситонных спектров [18,19,26,53,160–163].В такой модели зон энергетическое расстояние 2 − 1 равно 0.154 эВ, расщепление зон 1 (Γ2 ) и 2 (Γ2 ) из — за кристаллического поля кр равно 0.01 эВ,из — за спин — орбитального взаимодействия 1 (Γ2 ) — 3 (Γ1 ) равно 0.086 эВ(рис. 3.12(д) — фрагмент зонной диаграммы). Учитывая, что 5 и 5 ′ являютсядостаточно интенсивными переходами, мы считаем их прямыми разрешеннымииз расщепленных валентных зон Σ3 , Σ4 в Σ4 , тогда расщепление валентных зонΣ3 — Σ4 равно 0.036 эВ. Это удовлетворительно согласуется с тем, что при переходе из точки Γ в или величина расщепления Δкр и Δ увеличивается длябольшинства полупроводников.
Полосы поглощения, фотоэмиссии и отражения7 , 4 и 1 , 1 ′ , а также пик отражения 1 , возможно, обусловлены переходами из валентных зон Δ2 , Δ1 в зону Δ1 . Особенностью спектров поглощенияи отражения является дублетный характер пиков. Они отмечены индексами иштрихами — 1 , 1 ′ , 5 , 5 ′ и т. д. Обсужденные спектры показывают, что в —модулированной фотоэмиссии, также как и — модулированном поглощении, вобласти минимума межзонного промежутка обнаруживаются электронные переходы, которые не проявляются в спектрах отражения.189Рисунок 3.13: Спектры − 22 (48 ) : − (б).— модулированной фотоэдс(а),— модулированной фотоэмиссииВ спектрах — модулированной фотоэмиссии обнаруживаются максимумы1 , 2 и 3 , которые обусловлены переходами Γ7 (Γ6 ) - 3,4 , Γ7 (Γ6 )−Γ7 и Γ6 −Γ7(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
