Оптические и магнитооптические явления вбилизи края поглощения и параметры зоны кубических халькогенидов кадмия и цинка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГО 03

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

о ^ " •■•")■"■>.-■ •->

< ••. .ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

АЛИЕВ Газимагонед Набиевич

ОПТИЧЕСКИЕ И МАГНИТООПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ВБЛИЗИ КРАЯ ПОГЛОЩЕНИЯ И ПАРАМЕТРЫ ЗОН КУБИЧЕСКИХ ХАЛЬКОГЕШЩОВ КАДМИЯ К ЦИНКА

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Йан.кт-Петербург 1093

Работа выполнена в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАИ.

Научит'! руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Р.П.Сейсян.

Официальные оппоненты: доктор Физико-математических наук,

профессор Б.В.Новиков, доктор физико-математических наук А.В.Селькин.

Ведущая организация: С. -ГГетербургский Электротехнический

Университет.

» Ь •• 04 -оря г и /г,

•Защита состоится " у " и '_ 993 г. в ' * ч. на

заседании специализированного совета К 003.23.01 при Физико-техническом институте ин.А.Ф.Иоффе РАН, по адресу. 184021, С.-Петербург, Политехническая ул., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

сГ 0Л

Автореферат разослан "_" _ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Г.С.Куликов

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В работе выполнено комплексное исследование края оптического поглощения трех халькогенидов кадмия и цинка - Сс)Тв, 2пТе, глве, кристаллизующихся в кубической структуре цинковой обманки (сфалерита).

Актуальность темы. Применение полупроводниковых соединений А2Ва в фото- и оптоэлектронике, квантовой радиофизике, акусто-электронике выдвигает задачи всестороннего исследования их оптических свойств и зонных параметров. Особенно важны и информативны оптические спектры поглощения вблизи Ез, имеющие экситонный характер. Спектры диамагнитных экситонов, образующиеся при включении сильного магнитного поля, дают богатую информацию о зонной структуре кристаллов, дополняя ряд известных методов, таких как циклотронный и парамагнитный резонансы.

До недавнего времени не удавалось зарегистрировать не только тонкую экситонную структуру края поглощения халькогенндог кадмия и цинка, но и разрешить в опытах по поглощению света основное состояние экситонной серии. Это связано с тем,- что, помимо высоких требований к кристаллофизическому совершенству исследуемых образцов, высокие значения силы осциллятора перехода и, соответственно, коэффициенты краевого поглощения порядка <Л шах - 10е см~х требовали изготовления образцов субмикронной толщины (с! .£ 1 мкм) без нарушения качества кристаллов. Притом для кубических халькогенидов не существует столь же простого и удобного метода экспериментирования как неоднократно использовавшийся при работе с гексагональными АгВв прием отбора тонких с,бмикронных "чешуек" из числа образующихся естественно в некоторых режимах роста. Это затрудняло анализ кран поглощения и серии свободных экситонов, так как другие экспериментальные методы, такие как люминесценция или отражение, не являются столь же прямыми и информативными по отнопонию к обсуждаемой задаче. Так, в спектрах низкотемпературной люминесценции обычно доминируют состояния экситона, связанного на примесях (М7К), в то время как люминесценция свободного экситона создает лишь слабые особенности на коротковолновых "хвостах" ЭПК. Что жи касается спектров отражения, то их характер находится в дополнительной зависимости от состояния поверхности.

Вместе с тем, существует несколько обстоятельств, делающих исследование Сс1Те, гпТе, гпБе особенно своевременным. Среди них: существование ряда систем твердых растворов на основе А=В6, перекрывающих широкий диапазон Ея от 0 до -3 эВ с возможностью создания на этой базе гетероструктур с квантовыми ямами и сверхрешеток; наличие "прямых" зон, делающее возможным получение эффективного лазерного и люминесцентного излучения; отсутствие центра инверсии и сильное электрон-фононное взаимодействие, делающие полупроводники А2В8 незаменимыми в акустоэлектронной технике; появление класса высокоэффективных полупроводниковых приборов, главная Функция в которых выполняется не электронным, а экситонным газом; возможность существенного увеличения плотности записи информации на оптических аудио- и видеодисках при использовании эффективных коротковолновых лазеров, например, на основе гпБе/

Научная новизна и практическая ценность. Впервые получены экснтонные спектры поглощения напряженных и свободных образцов Сс)Те, 2пТе," гпЭе, исследована их тонкая структура, а также зависимость спектров от температуры и магнитного поля. Это позволило установить параметры экситонно-поляритонной структуры и ряд существенных научных фактов о характере экситон-фононного взаимодействия. Впервые зарегистрированы и исследованы спектры осциллирующего магнитопоглощения (ОМП> в полях, слабых по отношению к критерию "сильного поля"уЗ >> 1. Обоснован новый метод расчета таких спектров и получены параметры зонной структуры Сс1Те, гпТе, ХпБе с учетом и без учета поляронной поправки.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В свободных и напряженных сверхтонких (с! ^ 1 мкм) высококачественных монокристаллических пластинках С<ЗТе, гпТе, ЛпБв наблюдается экситонная структура края поглощения, содержащая основное (1й) и возбужденные (По >, 2) состояния экситона Ванье-Нотта, экситон-примесные комплексы (ЭПК), максимум на фоне континуума при Ек = Е<1б) + -ЛСО^о и другие особенности.

2. Анализ температурной зависимости экситонных спектров сате, 2пТе, 2п5е обнаруживает рост интегральной оптической плотности до Т = Т" с последующим насыщением, что свидетельствует о поляритонном характере пропускания вплоть до Т = 80; 110; 90 К для СаТе, 2аТе, гиБе, соотвесгвенно. Из величины интегрального

поглощения б максимуме следует Дът = 0.45 и 0.65 мэВ для CdTe и ZnTe, соответственно.

3. Включение магнитного поля приводит к возникновению осциллирующего поглощения при полях Н* = 1.0; 1.5; 2.0 Тл - сущест

венно меньших, чем критические = 12; 25; 45 Тл, для CdTe,

ZnTe, ZnSe, соответственно, что является следствием наблюдаемости возбужденных состояний экситонной серии при Н = 0 или их возгорания при Н > 0, и аналогично явлению, наблюдаемому в спектроскопии ридберговских атомов.

4. Анализ магнитооптических спектров для свободных и напряженных образцов CdTe, ZnTe, ZnSe с учетом энергий связи ДЭ, вычисленных в адиабатическом приближении при численном расчете одномерного уравнения Ередингера, позволяет восстановить систему переходов между подзонами Ландау и рассчитать самосогласованный полный набор параметров, наиболее точно описывающий зонную структуру этих соединений вблизи центра зоны Бриллюэна.

5. Система параметров, списывающая экситонные спектры для этих соединений, должна учитывать поляронные эффекты и пересчи-тывается из зонных параметров по п.4 с учетом величины экситон-фононного взаимодействия.

6. Полная картина закона дисперсии экситона в CdTe, ZnTe, ZnSe описывается поляронными параметрами (п.5) и параметрами, вычисленными из спектров поглощения (п.1>, а также включает в себя параметры Z\Ed(n<a) - отклонения от водородоподобности, энергию связи R", энергию АЕк, характеризующую минимум экситонной зоны при К ¡¿0, а также продольно-поперечное расщепление Alt, полученное из анализа температурных зависимостей спектров (п.2).

Апробация работы. Результаты работы представлялись на Все-

союзной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках", Ташкент, 1989 г.; II Международном симпозиуме по магнитооптике (ISM0-91), Харьков, 1991 г.; V Международной конференции по соединениям А2В6 (II-VI-91>, Тонано, Окаяма, Япония, 1991 г.; III Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников" , Черновцы, 1991 г.; IV Национальном коллоквиуме по Физике и технологии кристаллических и аморфных материалов, Яссы, Румыния, 1992 г.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены г 12 печатных публикациях, список которых приведен в конце реферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 158 страниц сквозной нумерации, в том числе: 106 страниц машинописного текста, 38 рисунков на 28 страницах, 16 таблиц. Список литературы включает 135 наименований на 12 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность исследований, проведенных в данной работе, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, дана общая характеристика работы и ее краткое содержание

Глава I носит обзорный характер и посвящена рассмотрению зонной отруктуры и оптических свойств полупроводников А2Ва со структурой цинковой обманки. Обсуждаются экспериментальные и теоретические данные по межэонным оптическим явлениям, их проявления в спектрах поглощения. На основе критического анализа литературных данных определены основные задачи исследования.

Для исследуемых нами материалов почти отсутствуют сведения по поглощению - работы в основном посвящены люминесценции и отражению. Экситонные серии в спектрах поглощения кубических халь-когенидов гп и Сс1 практически не наблюдались. Применявшиеся при сопоставлении с экспериментом методы теоретического расчета не содержали учета конкретной зонной структуры этих кристаллов. Исследования, посвященные экситон-фотонному взаимодействию сводились в основном к анализу формы спектров люминесценции и отражения. В ряде экспериментов обнаруживались слабые особенности на Фоне континуума состояний при Ек г Е(1в) пи)ьо, которые иногда приписывались ЭФК Таязавы. Межзонные магнитооптические исследования, дающие прямую информацию о зонной структуре материалов, из ?тих кристаллах практически отсутствуют как по той причине, что нужны еще более тонкие кристаллы для того, чтобы продвинуться в.глубь континуума, так и по причине трудной достижимости полей, необходимых для наблюдения эффектов сильного поля. Отдельные работы, выполненные еде в 60-е годы, не дали существенно но-е«>й информации из-за отсутствия способа расчета энергий связи в слабом и промежуточном магнитном поле. В последние годы появились работы по. двухфотонному поглощению, однако они обычно дают

результаты, немного отличающиеся от результатов прямых- экспериментов. Кроме того, в этих кристаллах существуют трудности в реа лизации одновременно п- и р-типов проводимости, что не позволяет использовать в полной мере возможности циклотронного резонанс*. Все это привело к тому, что известные табличные данные о параметрах зонной структур;! этих материалов имеют большой разброс в значениях, а иногда просто противоречивы. В работе [1] била решена задача описания магнитооптического эксперимента для 1пР в промежуточном магнитном поле и показано, что в таком случае осцилляции магнитопоглощения возникают только в кристаллах высокого качества с хорошо выраженной структурой возбужденных состояний экситона. Применение этих результатов к кубическим халькоге-нидам Сс1 и Ъп позволило бы получить из межзонного магнитооптического эксперимента полную систему параметров, описывающих одновременно и валентную зону, и зону проводимости в санососласо-ванном виде.

Глава II содержит сведения об изучаемых образцах, описание техники эксперимента, методику подготовки тонких свободных ч упруго деформированных образцов.

Кристаллы для исследований были отобраны после многочисленных проб из числа лучших, изготовлявшихся в научно-исследовательских лабораториях бывшего СССР, и критерием отбора для дальнейших исследований служило наличие в спектре поглощения возбужденных состояний серии экситона Ванье-Мотта.

Из кристаллов параллельно плоскости спайности вырезались пластинки, которые после механической шлифовки и полировки доводились до необходимой толщины в полирующих травителях. Затем об разцы в свободном виде'упаковывались в миниатюрные боксы из покровного стекла и в таком виде помещались для измерений в крио-стат непосредственно в среду жидкого гелия, который откачивался до температуры Т 4 2 К. Для создания в образцах регулируемых упругих одноосных напряжений мы применили метод, заключающийся в подклейке тонкого образца к "толстой" поэрачной аморфной подло* ке, имеющей известный коэффициент теплового расширения. Точная толщина образцов змерялась с помощью электронного микроскоп« при наблюдении скола образца в торец.

Спектральные измерения осуществлялись с применением двухр«-шеточного светосильного монохроматора ДФС-12 с дисперсией Ь. '/

А/мм во 2-м порядке решетки. В качестве приемника использовался охлаждаемый • ФЭУ-138 с арсенид-галлиевыи катодом. При модуляции лазерной подсветки схема регистрации позволяла измерять дифференциальные спектры фотопропускания. Для температурных исследований применялся криостат типа УТРЕКС, в котором образец находился в парах подогретого до необходимой температуры гелия. Температура поддерживалась с точностью не хуже 0.5 К. Для магнитооптических исследований применялся сверхпроводящий соленоид, развивающий поле до 7.5 Тл. Точность установки магнитного поля была не хуже О.ЗЖ.

Решением уравнения Т = (l-R)2e-aaa/( 1-R2e~zc<el) относительно ttd из спектров пропускания строились спектры поглощения, которые подвергались дальнейшей обработке на компьютере с применением соответствующих программ, позволявших производить контурный анализ резонансов и общую подгонку магнитооптических спектров.

В главе III приводятся результаты исследования края поглощения свободных и напряженных образцов при низкой температуре и при изменении температуры от гелиевой до комнатной.

На рис.1 приведены низкотемпературные спектры экситонных серий на краю поглощения этих материалов, а в табл.1 приводятся положения и интерпретация наблюдаемых линий. Видно, что спектры включают в ссбн: 1) полностью разрешенную линию с пс - 1, которая имеет достаточно сложную форму, не описываемую простыми контурами; 2) максимумы ЭПК; 3) возбужденные состояния (всегда с По = 2, иногда с по = 3); 4) слабую структуру на фоне континуума, которая имеет энергию Ек i Б( ls) +' -fi U) lo . Благодаря малой толщине образцов в спектрах поглощения CdTe удалось продвинуться до hV =2.5 эВ, что позволило наблюдать экситон на спин-орбитально отщепле»кой валентной зоне и получить прямо точное значение параметра Дао, необходимого для расчетов зонной структуры в модели Кейна.

Теоретические данные получены с применением формул, учитывающих вырождение валентной зоны. Хорошее совпадение с экспериментом получается при использовании не зонных, а поляронных параметров энергетической зонной структуры этих материалов.

Внесение контролируемой слабой деформации для образца CdTe позволило. снимая вырождение v-зоны. детектировать две экситон-ннх серии с хорошо выраженной "тонкой" структурой, отличающиеся

Рис,1. Экситонные спектры поглощения свободных образцов Сс1Те, гпТе, 2пЗе (а-в)и напряженного образца СсЗТе (Г). Сверху прямоугольными скобками показаны теоретические положения максимумов экситонных серий. На вставках - спектр Фотопоглощения Сс1Те (а), форспектр Хпйе

(в), максимум основного состояния экситона на спин-орбитально отщепленной валентной зоно СЭТе

(г) .

Таблица 1. Экспериментальные серии экситона и интерпалы между линиями и краем диссоциации Eco н Eg в свободных кристаллах CdTe, ZnTe и ZnSe, а тахже теоретические энергии связи состояний R„0», мэВ

Материал H E, Интерпрет. Впл m , мэВ Примечание

п/п мэВ теор. эксп.

1. 1596 5 По = 1 10.6 10.4

2 . 1604 2 по = 2 2.7 . 2.7 Eg = 1606.9

3. (1605 6) (По = 3) 1.2 1.3

CdTe 4. (1606 0) (по = 4) 0.7 0.9 -fttOj.o - 21.2

5. 1616 5 Ек

1. 2381 2 По = 1 13.6 13. 3

2. 2391 0 По = 2 3.3 3.5 Eg = 2394.îj

ZnTe 3. (2392 8) (По = 3) 1.5 (1.7)

4. 240? 6 Ек fu0LO = 2Ь.1

1. ,.306 4 По = 1 17.6 1У.З

2. 2821 2 по = 2 4.5 4.5 Eg - гъгьл

ZnSe 3.. (2824 7) (По = 3) 1 .9 (1-0)

4 . ____ 2836 4 Ек tia'i.o = зо 5

по сравнению со спектрами свободного образца - высокой степенью водородоподобности. При.помощи магнитного поля в напряженном образце удалось наблюдать высоковозбужденные состояния (до По =4) а-и р-типа. Обработка данных с учетом напряженного состояния позволяет убедиться в том, что энергии связи для двух серий примерно равны между собой и равны энергии связи для-свободного образца. Энергия связи в области слабых напряжений почти не зависит от деформации и может быть для СёТе установлена прямо из энергетического спектра серии - независимо от параметров, полученных каким-либо другим путем (таких, как Хо и^А ).

Таблица 2. Серия экситона в напряженном Сс1Те, энергетические интервалы 5 = Eg--E3^^an и значения энергий связи в водородоподобной модели, мэВ

В Б»К4 П Интерпр. Rnc » Примечание

1. 1596 8 По+ = 1 10 66 10 7 Eg» = 1607.5

о 1601 0 По" = 1 10 66 10 7 Eg- = 1611.7

3. 1604 8 п»" = 2 2 7 2 7 R* = R- = 10.66

4. 1606 3 По» = 3 1 2 1 2

5, - 1606 8 по-*- = 4 0 7 0 7

6. 1609 0 ■ По- = 2 2 7 2 7

7. 1610 5 По- = 3 1 2 1 2

6. (1607 0 (По- = 4). 0 5 P - состояние

9. (1611 0 (По- = 4) 0 7 (0 7) HU) i. о = 21.2

10. 1610 0 Ек

Температурная зависимость экситонных . спектров поглощения демонстрирует яркие поляритонные эффекты в исследуемых кристаллах. Температурная эволюция спектров для теллурида кадмия показана на рис.2а.

Видно, что коэффициент поглощения ведет себя немонотонно. Он растет вплоть до 80-100 К, а затем падает вследствие уширениа эксигонного максимума и его слияния с континуумом. Нами была применена процедура обработки спектров на ЭВМ, заключающаяся в выделении состояний континуума и интегрировании остатков дискретного спектра, а также выяснении параметров затухания, необходимых для описания низкочастотной и высокочастотной ветвей линии с rio - 1 при использовании лоренцева контура.

Из рис.2б видно, что интегральное поглощение растет до критический температуры, затем остается постоянным. Величина макся-мальяэго интегрального поглощения К = h VVd^ связана с Дьт и

<L • ~ы

ZnTt .-C-iTo

50 100 150 200 T,K ,

6)

Рис.2, а) Температурная эволюция спектров поглощения свободного Сс)Те (над кривыми указана температура в К), б) Температурная зависимость интегрального поглощения для Сс1Те и ЯпТэ .

силой осциллятора экситонного парохода в расчете на элементарную ячейку кристалла £ формулой:

ш >?с Л о о

f =

JÜU Е А

ПС В О LT,

где Л о - объем кристаллической ячейки, - фоновая диэлектри-

ческая проницаемость, ^ - коэффициент преломления, а Еь - резо нансная частота поперечного экситона. Отсюда ми получаем значения Д ьт, равны»? 0.45 и 0.65 мэВ, для Сс1Те и 2пТе, соответственно, Точка перегиба соответствует фазовому переходу полнритон механический экситон и долина соответствовать критическому затуханию, даваемому Формулой:

Го = 2EoV 2 3tb Д ьт/Мсг,

где М - трансляционная масса экситона. Значение критического затухания, составляет для CdTe и ZnTe 0.3 и 0.9 мэВ, соответственно, что на первый .взгляд находится в противоречии с критической температурой и зависимостью полуширины линии от температуры (полуширина гораздо больше критического затухания). Однако, противоречие разрешается, если учесть, что ширина линии, пенимо "собственной". ширины, определяемой затуханием Г, состоит из Д ьт и

неоднородного уширения оГ , связанного со штарковским сдвигом линии на встроенных электрических полях, имеющих различную природу. Как следует из наблюдения в области дискретного экситон-ного спектра существенного сигнала фотопоглощения, заметная часть 6 Г принадлежит 8 Га , обусловленным полями зарядов поверхностных состояний.

В главе IV даны результаты магнитооптического эксперимента. Помещение в магнитное поле образцов, в которых хорошо наблюдается экситонная серия при Н = 0, приводит к появлению спектров ОМП с большим количеством достаточно узких линий (ркс.За). Начинается этот спектр при полях Н", гораздо меньших Н", удовлетворяющих критерию Эллиота-Лудона сильного поля. Эти поля для кристаллов СсЗТе, 1пТе, гп5е составляют 1; 1.5; 2 Тл, в то время как р = 1 выполняется при 12, 25, 45 Тл, соответственно. Явление вполне аналогично наблюдавшемуся для 1пР и ОаАэ в [1], [2] и аналогично поведению ридбррговского атома в магнитном поле. Это возможно в связи с большими радиусами возбужденных состояний, которые определяются не только квадратом главного квантового числа По, но и

а) б) .

Рис.3.а) Один из спектров ОМП. (Напряженный теллурид кадмия, 6" поляризация, Н = 7.5 Тл). 5) Диаграмма зависимости Е""* - Ео от магнитного поля в (двойном) логарифмическом масштабе.

диэлектрической проницаемостью среды о и приведенной эффективной массой Ц. , что дает еще -2 порядка увеличения в радиусе состояния по сравнению с атомом водорода.

Построение веерной диаграммы в двойном логарифмическом масштабе (рис.36) позволяет хорошо установить момент перехода от явлений слабого поля (эффект Зеемана, диамагнитный сдвиг) к явлениям сильного поля (диамагнитный экситон), а также предложить схему соответствия уровней сильного и слабого полей. Согласно этой схеме,серии диамагнитных экситонов возникают из возгорающихся в магнитном поле состояний экситона Ванье-Мотта с ненулевой положительной проекцией момента ш > 1.

Для расчета энергий связи использована методика, аналогичная применявшейся впервые для 1пР [1]. Суть метода заключается в численном решении одномерного уравнения Шрёдингера

<" -|г 4 + и1М^2> - ■*<*>Ж«) = Еу(г);

Хп ёг

с одномерным адиабатическим потенциалом, Ц1мл(г), "сконструированным" на радиальных волновых функциях Ф1М, описывающих движе ние экситона в плоскости, перпендикулярной магнитному полю Нг:

и.мл<г> = - 4- т/^ *1и<?,рЛ) г

¡7- ■ -г"2

12Г + г'АГ >

Здесь 15, =/'2/2Ьг;|р ,/> , г - цилиндрические координаты; = ±1/2, +3/2, п - квантовое число Ландау-Латтинжера. При этом и Ф1м, и ¡А>,п являются результатом решения методами теории возмущений квазидвумерного уравнения типа .2 2 г

С- . ) . -------- ]*1м(Р) = ,(г)Ф1м(р),

21 + 22

получаемого адиабитическим разделением переменных в исходном "трехмерном" уравнении Шрёдингера.

Мы применили два метода расчета параметров зонной структуры: 1) прямое определение эффективных масс и й-фактора из 6 спектров по аналогии с ЦР; 2) общую подгонку экспериментального спектра к теоретическому, получаемому из решения детерминант..ых уравнений Пиджена-Брауна с вариацией на ЭВМ 0 зонных параметров одновременно.

- 14 -

На рис.4 для примера приводятся графики, определяющие эффективные пассы, при использовании первого, прямого, метода. Эти массы применялись как затравочные при вычислении полной самосогласованной системы параметров минимизацией суммы квадратов отклонений теоретического и экспериментального спектров переходов между подзонами Ландау.

Глава .У содержит итоговые таблицы с экситонными, поляронными и зонными параметрами и обсуждение полученных результатов.

Анализ экспериментальных данных и сопоставление их с параметрами, подученными из экспериментов, приводят к выводу, что для правильного описания результатов в экси-тонной области спектра необходима модификация полученных зонных параметров, которые точно описывают только электронные спектры и связанные с ними высокочастотные явления. Что же касается относительно низкочастотных явлений, то здесь необходимо применение поляронных параметров, которые могут быть получены из зонных в соответствии с зависимостями [3]:

^ * = (уъ^Нр (1+^/30) - 4 ¿К*/15],

где сА± - (ег/КХ&хГ1 - Хо"1 Хюи/МСОыэ) , с? = (м ♦ + с*-)/2, '¿Л- (А_ - (А+, Ц = (буэ + 4уа)/5^!, а Ч" и "-" относятся к легким и тяжелым дыркам, соответственно. Для описания низкотемпературных явлений необходима еще одна система параметров, которые назовем зкситонными параметрами.

Полученные нами зонные, экситонные и поляронные параметры, приводятся в таблицах Э, 4, 5 ( значения, взятые или рассчитанные из литературных источников, приводятся в скобках).

10 8 е

4--«-1-1-*

0 I 2 б

3

г

о

( £ ^ 6

_I_1_

2 8 4 5 Г

Рис.4. Эффективные массы, определенные прямым методом из экспериментальных спектров ОМП напрягенного Сс1Те. юв<0)=0.090юо, ты<0) = = 0.11ао, юы,(0)=0.62во.

- 15 -

Таблица 3. Зонные параметры (эВ; отн.ед.)

Ей Д во Бр Р Их у» у г Г» к Ша

сате гпТе гпЭе 1.6069 2.3945 2.8257 0.953 (0.9) (0.43) 23.1 26.5 25.6 -1.25 -1.1) -1.5 -0.01 0 0 5.37 4.07 4.8 1.67 0.78 0.67 1.98 1.59 1.53 0.64 0.3 0.3 0.091 0.113 0.150

Таблица 4. Экситонные параметры (мэВ; отн.ед.)

Е(1з) Яо ДЕ<11 ДВс12 ДЕк Д 1.т ю--» е Н* м- К*

СсГГе 1596.5 10.3 0.37 ■0.15 2.8 0.45 6.9 0 23 0.78 10.7

гпТе 2381.2 12.9 0.41 0.17 3.5 0.65 12.4 0 29 0.83 13.3

гпБе 2806.4 18.7 0.64 0.27 . 6.6 (1.45) (56) 0 32 0.61 19.3

Таблица 5. Поляронные параметры (эВ; отн.ед.)

Ер* уг» Г2* -уа* п.»

СсГГэ гпТе гпБе 21.2 25.3 24.0 4.57 3.64 4.34 1.40 0.68 0.58 1.67 1.41 1.36 0.097 0.118 0. 161

В частности, ЦР дает поляронные параметры и для сопоставления с нашими экспериментальными данными необходим обратный переход (например,, если полученную в опытах по ЦР для Сс1Те массу О.ОЭбпо поправить на поляронность, получится масса О.ОЭво, что совпадает с нашими данными).

В заключении обобщаются основные результаты "и выводы проведенных исследований.

Исследования позволили установить и наблюдать целый ряд новых деталей края фундаментального поглощения и послужили для вычисления систем энергетических зонных параметров Сс1Те, гпТе, гпБе.

1. Применяя сверхтонкие свободные образцы, впервые удалось наблюдать тонкую структуру края поглощения, включающую, кроме основного и возбужденных состояний, квазиконтинуум, структуру в области континуума, ЭЛК.

2. Удалось получить описание экситонного спектра при использовании полученных в этой же работе поляронных зонных параметров с учетам характерного для алмазоподобних полупроводников отклонения спектра от водородоподобности.

- 16 -

¿. Изучение температурной зависимости края поглощения кристаллов позволило установить правильные зависимости Eg(T) и Г(Т), а такхе показать, что интегральное поглощение вплоть до Та растет, затем остается постоянным, что характерно для перехода по-ляритон - механический экситон. То оказались 80 К, 110 К, 90 К для CdTe, ZnTe, ZnSe, соответственно. Впервые наблюдался немонотонный ход сС пах от температуры для CdTe и ZnTe.

Из интегрального поглощения, соответствующего То, получены значения силы осциллятора f и Д lt.

4. Установлена природа максимума Ех, отстоящего от основного состояния экситона на энергию LO-фонона (с дефицитом энергии порядка единицы мэВ). Вопреки известной интерпретации,■за него ответствен-. не ЭФК Тоязавы, а переходы с излучением LO-фонона.

5. Наблюдаемая ширина линий на практике оказалась существенно больше, чем даваемая константой затухания, наилучшее согласие с константой затухания дает симметричный лоренцов контур,

построенный на длинноволновом крыле линии поглощения. Это превышение, помимо заметного вклада Д lt, определяется неоднородным уширением 8 Г, составляющие которого зависят от температуры ввиду перезарядки объемных и поверхностных центров, ответственных

о

за встроенные электрические поля. 'Поверхностная" компонента 0 Гв хорошо проявляет себя во впервые зарегистрированных в работе спектрах фотопоглощения.

6. Форма линии в максимуме поглощения имеет характерные особенности, связанные с поляритонным законом дисперсии и соответствующие переходам на разные поляритонные ветви.

Таким образом, проведенный анализ температурной зависимости спектров показывает, 4TOjнесмотря на относительно большую ширину линии, вплоть до То оптические процессы определяются свойствами акситонного поляритона.

7. На наиболее тонких образцах CdTe впервые наблюдались переходы с зоны va, позволяющие установить величину спин-орбитального расщепления Д so, равную 0.853 ± 0.005.

8. Опыты, проведенные с контролируемо деформированным образцом, дают возможность наблюдать две серии, смещенные на энергию, определяемую расщеплением валентной зоны. Серии включают в себя возбужденные состояния, водородоподобны, что позволило независимо и точно установить энергию связи R*. При включении маг-

Tehnologia Materialeor Cristaline si Amorfe. Jasi, Romania, 1992, P.79.

a. G.H.Aliev, 0.S. Coschug, R.P.Seisyan. Optical and magneto-optical phenonena on the absorption edge of elastic strained Cadmium Telluride. // A1 IV~i«« Colocviu Rational de Fizica si Tehnologia Materialeor Cristaline si Anorfe. Jasi, Romania, 1992, P.80.

9. Г.Н.Алиев, И.П.Гавалепко, О.С.Кощуг, В.И.Плешка, К.Д.Сушкв-вич, Р.П.Сейсян. Структура края поглощения кубических халько-генидов кадмия и цинка. // ФТТ, 1992, В.8, Т.34, С.2400-2406.

10. Г.Н.Алиев, О.С.Кощуг, А.И.Несвижский, Р.П.Сейсян, Т.В.Язева. Параметры энергетического спектра электронов и дырок кубических халькогенидов кадмия и цинка. // ФТТ, 1992, В.8, Т.34, С.2393-2399.

11. Г.Н.Алиев, О.С.Кощуг, А.И.Несвижский, Р.П.Сейсян, Т.В.Язева. Оптические и магнитооптические явления на краю поглощения упруго напряженного теллурида кадмия. // ФТТ, 1993.

12. Г.Н.Алиев, О.С.Кощуг, Р.П.Сейсян. Высокотемпературная граница эффективности свето-экситонного взаимодействия в кристаллах теллуридов кадмия и цинка. // ФТТ, 1993.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кохановский С.П., Макушенко Ю.М.. Сейсян Р.П., Эфрос Ал.Л., Язева Т.В., Абдуллаев М.А. Квазиландауское осциллирующее магнитопоглощение ридберговских состояний экситона InP в "промежуточном" магнитном поле. // ФТТ. 1991. Т.33. N 6. С.1719-1733.

2. Абдуллаев М.А., Захарченя Б.П., Сейсян Р.П. Тонкая структура осциллирующего магнитопоглощения в эпитахсиальных слоях арсе-нида галлия. // ФТП. 1973. Т.7. С.958-969.

3. Trebin Н.-R., Rössler U. Polarons in the degenerate-band ease. Phys.Stat.Sol.Cb). 1975. V.70. P.717-726.

FTIi ШЯФ,закЛ39,тирЛ00,уч.-иэд.л.1; 24/П-1993г. Бесплатно