Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 134
Текст из файла (страница 134)
Собственное поглощение определяется межзонными переходами электронов из заполненной зоны в свободную. Так как в полупроводнике имеется много заполненных и свободных зон, каждая из которых состоит из нескольких подзон, то в спектрах фундаментального поглощения наблюдаются паласы собственного поглощения. Форма края собственного поглощения зависит а первую очередь от структуры энергетических зон. В бинарных соединениях А'!'Вч с прямой структурой энергетических зон (ОаИ, ОаАз, !пР, !пБЬ), когда экстремумы зон соответствуют одному значению волнового вектора, край собственного поглощения определяется прямыми оптическими переходами. Собственное поглощение для таких материалов проявляется в резком возрастании коэффициента поглощения при увеличении энергии фотонов (рис.
20.19) . Сдвиг спектров по шкале энергии возникает в результате температурного изменения ширины запрещенной зоны. Узкие пики на краю поглощения соответствуют оптическим переходам с образованием экситонов. Последние существенно влияют на форму края поглощения не только при низкой, но и при комнатной температуре. В бинарных соединениях Ао'Вч с непря- 0 04 08 1,2 Уб 20 24 90 Рис. 20.16.
Положение края собственного поглощения в полупроводниках Ац'Вч УЯг И4 Улб УЯ8 1„9У УДВ (б(эй Рис. 20.19. Край собственного поглошения арсенида галлия У вЂ” Т=ЮУ4 К; 1 — !66 К; 3 — 21 К мой структурой энергетических зон (А!Р, Оар, А!Аз, А!ВЬ) край собственнога поглощения определяется непрямыми оптическими переходами с участием фоканов. В таких материалах поглощение имеет менее резкий край. В длинноволновой части края поглощения проявляется четкая структура, обусловленная непрямыми переходами (рис.
20.20). В акустической и оптической ветвях фононного спектра имеется по два поперечных фонона и одному продольному фанону. Поскольку возможны переходы с участием нескольких фононов, которые могут испускаться и поглощаться в различных комбинациях, на краю поглощения могут наблюдаться изломы. Прн повышении температуры вклад компонентов с поглощением фононов возрастает. Стрелками указаны пороговые энергии переходов в экситонные состояния с испусканием и поглощением фононов: ТЯ вЂ” поперечного акустического; У.Я вЂ” продольного акустического и ТО— поперечного оптического. 0 гг0 Ег» г,гб г,а г,ы эб Рис. 20.20. Край сабственнога поглошения фосфида галлия Полупроводниковые соединении Аи'В" [рази.
20) 0 2 4 В 8 10зВ Таблица 20.9. Частота фоионов, см ', в некоторых соединениях АгмВч 10 Г55 (2 2,0 2,1 2,2 2,5 зд Рис. 20.21. Край собственного поглощения твердых растворов Пади~,р, для различных составов при Т=4,2 К В твердых растворах край собственного поглощения сдвигается при изменении их состава в соответствии с изменением ширины запрещенной зоны. В качестве примера на рис. 20.21 представлен край собственного поглощения твердых растворов Паде|,Р,. При х(0,46 храй поглощения определяется прямыми, в при х) 0,46 непрямыми переходами в экситоннсе состояние. В области составов, соответствующих прямым переходам, форма края собственного поглощения в твердых растворах аналогична таковой для бинарного компонента с эквивалентной зонной структурой.
В области составов, соответствующих непрямым переходам, спектр собственного поглощения твердых растворов при общем подобии енепрямому» бинарному компоненту обладаег карактерными особенностями. Кроме переходов с участием фононов, в таких твердых растворах наблюдаются непрямые оптические переходы без участия фононов. При уменьшении х интенсивность бесфононного компонента возрастает.
Кроме этого, происходит быстрое (резонансное) увеличение интенсивности ЕА-компонентов, указанные эффекты зинкой структуры могут быть использованы для увеличения эффективности люминесценции в по- Рис. 20.22. Спектр отражения антимонида индия при Т4 300 К лупроводниках с непрямой структурой энергетических зон.
Для всех полупроводников Аи'В" в области энергий фотонов, превышающих ширину запрещенной эоны, коэффициент поглощения очень велик. Поэтому информацию о поглощении получают при исследовании очень тонких слоев, либо чаше из измерения отражения. В видимой и ультрафиолетовой частях спектров отражения имеется серия пиков, соответствующих переходам при больших энергиях (рис. 20.22), Интенсивность и резкость этих пиков связана с высокой плотностью начальных и конечных состояний.
Вплоть до энергии 10 зВ наблюдаемая структура вызвана переходами из валентной зоны на расположенные выше уровни зоны проводимости. В области от !О до 16 эВ коэффициент отражения уменьшается — здесь происходит возбуждение коллективных плазменных колебаний валеитных электронов. При энергиях больших 16 эВ в спектре отражения присутствует жиро. кии максимум, приписываемый переходам из заполненной зоны, лежащей ниже валентной зоны, в зону проводимости.
Решеточное поглощение свя- 491 Оптические и фотоэлектрические свойства )4 20.4) гО аозО ОО45 ОО5О Ою ОООО Щю ЗО Рис. 20.23. Спентр решеточного поглощения в арсеннде галлия вано с возбуждением колебаний кристаллической решетки под действием электромагнитного поля световой волны и наблюдается в далекой инфракрасной области. В полупроводниках имеются различные ветви колебаний клн типы фононов: ТΠ— поперечные оптические, ЕΠ— продольные оптические, ТА— поперечные акустичесхие, ьА — продольные акустические. Частоты фононов для некоторых соединений Ап'Вт представлены в табл. 20.9.
Решеточное поглощение является сложным процессом. Комбинаций фононов, удовлетворяющих правилам отбора прн многофононном поглощении, очень много. Кроме того, коэффициент поглощения для таких процессов невелик. Отдельные линии, имея малую интенсивность и будучи близко расположены, трудно различимы. Спектр решеточного поглощения образует широкую полосу в нкфракрас- ОО О,И Щ5 0,25 О„% 045 ОВ Рис. 20.24.
Спектр поглощения свободными носителями заряда в арсениде галлия р-типа 2 Т г 4 О О Рис. 20.23. Спектр поглощения свободными носителями заряда в фосфиде галлия п-типа ной области. Нэ фоне этой полосы наблюдаются отдельные резонансные пики (рис. 20.23) для наиболее вероятных фононов. Поглощение свободными нос и т е л я и и заряда связано с электронными переходами внутри разрешенных зон или межогу нх подзонами. Без учета распределения носителей заряда в зоне спектральная зависимость хоэффициента поглощения аппроксимяруется как Х„жлх', где л — концентрация свободных носителей эарцаа, Х вЂ” длина волны электромагнитного излучения. Показатель степени зависит от механизма рассеяния: прн рассеянии на оптяческих фононах г 2, при рассе- Оо 0,22 023 024 эО Рнс.
20.26. Спектр примесного поглощения антнмонида индия 7)олунрааодникоаые соединенил Я н'В" (равд. Щ Рис. Ю.27. Спектр поглощения фосфида гал- лия, легированного теллурам анни на акустических фононах гги1,5 и при рассеянии на ионизованных примесях гж5,5. В общем схучае наблюдаются все типы рассеяния. В зависимости от концентрации примесей, температуры и преобладаюнсего типа колебаний решетки тат или иной механизм является доминирующим.
Параметры, характеризующие поглогцение свободнымн носителями заряда в соединениях Ап'В", приведевы в табл. 20.10. Спектры поглощения на свободных носителях заряда могут иметь характерные особенности Сложная структура валентной эоны приводит к селектпвиому поглощению свободными дырками, а сложная структура зоны проводимости — к селектнвному поглощению электронами. Поглощение этого типа будет накладываться на монотонный спектр поглощения, определяемый электроннымя переходами в пределах одной зоны. Так, в ОаАз р-тнпа (рис. 20.24) пики при 0,42 и О,З! эВ, а также уступ при О,!5 эВ приписывают пере- Рис. 20.28.
Спектр поглощения фосфида галлии, легированного азотом, прн Т=2 К Таблица 20.!О. Параметрм, характеризуюиию поглощение свободнымн носителями в соединениях Аи'В" ходам дырок между подзонами валентнай зоньс В Пар и-типа (рис. 20.25) пнк при 0,27 зВ связывают с переходами электронов между долинами зоны проводимости. Характерно, что в твердых растворах ОаАз~ Р прн изменении состава этот пнк пропадает. Прнмесное поглощение может быть следствием многих процессов. Если оптические переходы осушестнляются нз мелких примесных состояний в одну иэ разрешенных зон, то процессы поглощения сопровождаются генерапией носителей заряда одного знака, и спектр поглощения имеет внд сравнительно широкой полосы. Эта полоса лежит непосредственно вблизи края собственного поглощения, частично перекрываясь с ним.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
