Оптические и фотоэлектрические свойства диарсенидов кадмия и цинка тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Семененя, Татьяна Викторовна АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ
1996 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.10 КОД ВАК РФ
Автореферат по физике на тему «Оптические и фотоэлектрические свойства диарсенидов кадмия и цинка»
 
Автореферат диссертации на тему "Оптические и фотоэлектрические свойства диарсенидов кадмия и цинка"

о л

1 1 МОСКОВСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

I О

имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 621.382

СЕМЕНЕНЯ Татьяна Викторовна

ОПТИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИАРСЕНИДОВ КАДМИЯ И ЦИНКА

01.04.10 — Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1996

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников физического факультета Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель — кандидат физико — математических

наук, старший научный сотрудник В.А. Морозова

Официальные оппоненты — доктор физико — математических

наук, профессор С.Б. Козлов кандидат физико —математических наук, в.н.с. ФИАН, В.В. Ушаков

Ведущая организация — Московский Педагогический

Государственный Университет им. В.И. Ленина

Защита состоится

1996 г. в ^часов на заседании Специализированного Совета К. 053.05.20 в Московском Государственном Университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119899, г. Москва, ГСП, Воробьевы горы, физический факультет МГУ, корпус физики низких температур, ауд. 2 —Оба.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан " "_ 1996 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета К.053.05.20 в МГУ им М.В. Ломоносова д.ф. — м.н.

Г. С. Плотников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие электронной техники связано с поиском и созданием новых полупроводниковых соединений. К числу новых полупроводниковых материалов относится ряд соединений элементов II и V групп (А2В5). Для выяснения перспективности новых соединений и для создания впоследствии на их основе приборов, необходимо детальное исследование свойств этих полупроводников.

Диарсениды кадмия и цинка, изучению оптических и фотоэлектрических свойств которых посвящена данная работа, два наименее исследованных полупроводниковых соединения из группы А2В5. Характерной особенностью Сс1А52 и 7.пАь2 является наличие наряду со связями металл—анион, связей анион —анион, которые образуют зигзагообразную цепочечную структуру, вытянутую вдоль оси с кристалла, что обуславливает значительную анизотропию свойств этих соединений. Согласно оценкам, на основе 2пАб2 могут быть созданы анизотропные термоэлементы, у которых при 300 К температурная чувствительность больше в 10 раз, а инерционность меньше в 6 раз, чем у элементов из Сс15Ь (лучших в настоящее время анизотропных термоэлементов). Недавно в гпАв2 было получено вынужденное излучение на длине волны 1,235 мкм, что открывает возможность создания твердотельного лазера. Установлено, что вблизи края собственного поглощения коэффициент поглощения изменяется почти на

три порядка в зависимости от ориентации вектора напряженности электрического поля Е световой волны относительно оси кристалла с. Это позволяет использовать его в качестве поляризатора и отрезающего фильтра в ИК области.

Несмотря на перспективность применения Сс1А52 и ЪпР&ъ в электронной технике, имеющиеся в литературе данные об

основных параметрах их зонной структуры крайне ограничены и противоречивы. Изучение свойств Сс1А52 и 2.пАя2 до последнего времени ограничивалось отсутствием крупных структурно — совершенных монокристаллов. Исследования проводились или на поликристаллах, или на монокристаллах невысокого структурного совершенства с маловоспроизводимыми параметрами.

В последнее время в ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН достигнуты значительные успехи в технологии выращивания монокристаллов методом вертикальной направленной кристаллизации по — Бриджмену, что позволило получить крупные структурно — совершенные монокристаллы С<З.А82 и ZnAs2.

Основная цель работы

Настоящая работа посвящена исследованию спектров оптического пропускания — Тпр(]1У), фотопроводимости — ФП(Ьу) на образцах Сс1А52 и 2пА52 максимальной чистоты, а также фототока короткого замыкания — 1кз(Ьу) диодных структур на основе этих монокристаллов с целью выяснения основных параметров зонной структуры и спектра уровней, создаваемых в запрещенной зоне структурными дефектами.

Научная новизна

Впервые в области 80 — 300 К проведены совместные исследования спектров оптического пропускания и фотопроводимости структурно — совершенных монокристаллов Сс1Аз2 и гпА^, а также фототока короткого замыкания диодных структур на их основе вблизи края собственного поглощения, а для СЛА&г и в примесной области. Проведенные исследования позволили впервые получить спектры собственного поглощения в широкой области значений коэффициента поглощения — а: для Сс1А£2 величина а изменялась в области 4-10~3—103 см-1; для гпАз2 в области 4-10~2—103 см-1. Анализ полученных спектров

собственного поглощения позволил с большой точностью определить основные параметры зонной структуры СсЗА52 и гпЛ.Чо. Впервые проведенные исследования спектров фотопроводимости в области примесного поглощения позволили установить существование в запрещенной зоне Сс1А52 двух глубоких донорных уровней, создаваемых структурными дефектами; определить их энергию ионизации.

Положения, выносимые па защиту:

1. Показано, что в СйАвз и ТльК^ энергетическое положение края и форма спектров собственного поглощения - определяются поляризацией падающего на образец света относительно оси с кристалла.

Для Сс1Ая2:

2. Показано, что оба края фундаментального поглощения Оу\я поляризаций Е||с и Е_1_с) определяются непрямыми разрешенными переходами, идущими с участием экситонных состояний. Определены: величины минимальных непрямых межзонных промежутков (с,,1), определяющих край собственного поглощения для Е| I с и Е±с; температурные коэффициенты смещения '(Е! I с) и Ед'(ЕХс) в области 80 — 300 К; энергия связи непрямого экситона; энергии фононов, участвующих в непрямых переходах.

3. Показано, что для Е| I с имеет место прямой разрешенный переход, при этом непрямая и прямая зоны проводимости разнесены по энергии на 0.33 эВ. Определена величина минимального прямого межзонного промежутка 11 ее температурный коэффициент смещения в области 5 — 300 К.

4. Предложена модель структуры энергетических зон Сс]Аз2 в области минимума межзонного промежутка.

5. Установлено существование двух глубоких донорных уровней, создаваемых г, запрещенной зоне СсЗА^ структурными дефектами.

Определены энергии ионизации этих уровней. Предложена модель формирования структурных дефектов. Для 2пАя2:

6. Показано, что для поляризации Е||с в области значений а<10 см-1 собственное поглощение определяется непрямым, а в области значений ооЮ см-1 прямым разрешенными переходами, идущими с участием экситонных состояний. Определены величины минимальных непрямого и прямого межзонных промежутков (Сд^ЕЦе) и £дй(Е||с)) с точностью до энергии связи экситона; их температурные коэффициенты смещения в области 80 — 300 К; энергии фононов, участвующих в непрямом переходе.

7. Показано, что для поляризации Е_1_с край собственного поглощения определяется прямым запрещенным переходом, идущим с участием экситонных состояний. При 5 К в спектрах пропускания обнаружена экситонная серия из трех линий. Определены; величина ед'1(Е±с) и ее температурный коэффициент смещения в области 5 — 300 К; энергия связи экситона.

8. Предложена модель структуры энергетических зон гиЛ^ в области минимума межзонного промежутка.

Практическая ценность работы

Полученные в диссертации результаты помимо научного имеют также и практический интерес. Диарсениды кадмия и цинка используются как диффузанты для соединений группы Помимо этого, исследованные в диссертационной работе структурно —совершенные монокристаллы ТпАа2 могут быть использованы в качестве материала для отрезающих фильтров и иммерсионных линз в ИК области; создания твердотельных лазеров. Диарсениды кадмия и цинка могут быть использованы для создания анизотропных термоэлементов.

Апробация работы и публикации

Материалы диссертационной работы докладывались на 2ой Всероссийской конференции по физике полупроводников (г. Зеленогорск, 1996 г.), на секции физики Ломоносовских чтений (Москва, 1996 г.).

По результатам исследований опубликовано 9 работ.

Краткое содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, 3—ех глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена па 108 страницах, содержит 50 рисунков и 6 таблиц. Список литературы включает 62 наименования.

Во введении обозначена актуальность темы, сформулирована основная цель работы, приведены положения, выпосимые на защиту, обсуждены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приводится обзор литературных данных. Глава состоит из двух частей. В первой части приведен обзор литературы, посвященной иследовангоо электрофизических, оптических и фотоэлектрических свойств, а также результаты расчетов зопной структуры CdAs2, во второй — ZnAs2. Структура обеих частей одинакова.

В §1.1.1 (для CdAs2) и §1.2.1 (для ZnAs2) приводятся литературные данные о кристаллической структуре исследуемых соединений. Отмечается следующая особенность кристаллической структуры CdAs2 и ZiiAs2: наличие зигзагообразных цепочечных структур (As —As), вытянутых относительно оси с кристалла.

Описанная выше особенность кристаллической структуры обуславливает значительную анизотропию электрических свойств CdAs2 и ZnAs2, обсуждению которых посвящены §1.1.2 и §1.2.2 соответственно. В §1.1.2 и §1.2.2 приводятся имеющиеся в литературе данные о величинах и температурном изменении

удельного сопротивления, подвижности, коэффициента Холла и их анизотропии. Здесь же приводятся полученные из

гальваномагнитных исследований величины ширины запрещенной зоны Сс1Аз2 и 2пАя2 при 300 К: 1.11 эВ и 1.2 эВ соответственно [1].

Имеющиеся в литературе сведения об уровнях, создаваемых в запрещенной зоне СйА.^ примесями и структурными дефектами, вынесены в отдельный параграф §1.1.3.

Основная часть первой главы посвящена описанию работ, в которых исследовались оптические и фотоэлектрические свойства Сс1А£2 и 2пАй2. В §1.1.4 описываются представленные в литературе спектры оптического пропускания — Тпр(Ьу), поглощения — а(Ьу), отражения — ЩЪу) для Сс1Аз2. В §1.1.3 спектры Тпр(Ьу), а(Ьу), ЩЬу), фотопроводимости — ФП(Ьу), фотолюминесценции, катодолюминесценции, X— модулированные спектры фотоответа для гпА^.

Основные результаты теоретических расчетов зонной структуры представлены в §1.1.5 (для С<1Аз2) и §1.2.4 (для гпА52).

По первой главе сделаны следующие выводы. Проведенные немногочисленные исследования выявили значительную анизотропию электрических, оптических и фотоэлектрических свойств Сс1А52 и гпАэ2 относительно кристаллографически выделенной оси с кристалла. Однако, ни экспериментальные исследования оптических свойств в области края собственного поглощения, ни теоретические расчеты не дали однозначного ответа на вопрос о структуре энергетических зон в области минимума межзонного промежутка (прямые, непрямые); о величине основных параметров зонной структуры и их температурной зависимости. Вероятно это обусловлено тем, что исследования проводились на кристаллах Сс1Аз2 и 2пА52 невысокого структурного совершенства с моловоспроизводимыми параметрами, что затрудняло интерпретацию полученных результатов.

Вторая глава посвящена описанию установок и использованных методик для определения спектров оптического поглощения. В §2.1 даны описания и приведены схемы установок, использованных для измерений спектров Tnp(hv), ФП(Ьу) и IK3(hv). В §2.2-2.4 обсуждаются методики определения спектров a(hv) по спектрам Tnp(hv), ФП(Ьу) и IK3(hv) соответственно. В §2.5 приведены основные положения теории поглощения света, позволяющие определять основные параметры зонной структуры полупроводников по спектрам оптического поглощения.

В третьей главе представлены основные результаты проведенных экспериментов и их обсуждение. Глава состоит из двух частей. В первой части описываются результаты оптических и фотоэлектрических исследований монокристаллов CdAs2 и диодных структур на основе CdAs2; во второй — ZnAs2.

В §3.1.1 впервые представлены спектры oc(hv) CdAs2 в температурном интервале 80—300 К (рис.1). Спектры a(hv) рассчитывались из спектров Tnp(hv), снятых в поляризованном свете (для Е||с и E_Lc) на образцах различной толщины (0.005 — 0.50 см). Анализ полученных спектров a(hv) (в интервале значений а=5-10~2—103 см"1) позволил сделать следующие выводы. Энергетическое положение края собственного поглощения зависит от поляризации падающего на образец света относительно оси с кристалла. Форма спектров a(hv) для Е| | с и EJ.c одназначно указывает на непрямой характер переходов в области края собственного поглощения. При этом для Е| | с в области »1.29 эВ (300 К), 1.43 эВ (80 К) наблюдается резкое увеличение а, обусловленное прямым переходом. Анализ формы спектров ct(hv) в интервале 80 — 300 К позволил определить температурные коэффициенты смещения ((3', pd) для величин минимальных непрямых и прямого межзонных промежутков: р'(Е| I с) = P'(E-Lc) = - 5.4-10-4 эВ/К в области 80 - 300 К; pd(EÍ | с) = -

Рис.1. Спектры собственного поглощения (1,2,3,4), фотопроводимости (5,6,7,8) и фототока короткого замыкания (9,10,11,12) Сс^при ЗООК (1,2,5,6,9,10) и 80 К (3,4,7,8,11,12) для Ё I с (1,3,5,7,9,11) и Е±с (2,4,6,8,10,12).

Рис.2. Модель структуры энергетических зон С(1Л£2 в области минимума межзонного промежутка (300 К).

6.4-10~4 эВ/К в области 60-300 К, pd(E| I с)=-0.9-10"4 эВ/К в области 5 —60 К.

Для расширения области определения спектров a(hv) со стороны малых значений а, в аналогичных условиях впервые были исследованы спектры ФП(Ьу) монокристаллов CdAs2 (§3.1.2) и IK3(hv) диодных структур на их основе (§3.1.3). Известно, что сигнал ФП~а в области ccd«l, а сигнал 1кз~а в области aL«l, где d — толщина образца, L — диффузионная длина неосновных носителей заряда. Полученные спектры ФП(Ьу) и IK3(hv) совмещались со спектрами a(hv) в области малых значений а. При этом спектры ФП(Ьу) и IKi(hv) совпадали со спектрами a(hv) на значительном участке (при 300 К спектры ФП(Ьу) в области значений а от 5-10~2 до 2 см спектры lK3(hv) в области значений а от 3-Ю""2 до 3 см-1) (рис.1). Последнее обстоятельство позволило значительно расширить область определения спектров a(hv) (до 10~~2 см-1 по спектрам ФП(]ч\'} и до 4-Ю-3 см-1 по спектрам IK3(hv)). Исследование смещения порогов и изменения формы спектров a(hv), ФП(Ьу) и IK3(hv) с температурой позволили сделать вывод, что пороги этих спектров в области 120 — 300 К определяются непрямыми переходами, происходящими с участием экситонных состояний. Эти переходы определяют пороги спектров a(hv) и ФП(Ьу) и в области 80— 120 К. Край же спектров IK3(hv) для Т<120 К определяется зонно — зонными переходами (что приводит к смещению порогов спектров IK3(hv) относительно порогов спектров a(hv) и ФП(Ьу) в сторону больших значений hv на величину энергии связи экситона — G). По смещению порогов спектров IK3(hv) относительно порогов a(hv) была определена энергия связи непрямого экситона в CdAs2: G = 14.5 мэВ.

В §3.1.4 спектры собственного поглощения, полученные с использованием спектров Tnp(hv), ФП(Ьу) и IFJ(hv), анализируются

в рамках классической теории поглощения света. Проведенный анализ показал, что спектры собственного поглощения в интервале 80 — 300 К хорошо описываются теорией Эллиотта для непрямых разрешенных переходов, идущих с участием экситонных состояний. Это позволило определить величины минимальных непрямых межзошшх. промежутков для El I с и Е_1_с {при 300 К sgi(E||c) = 0,995 эВ, sgi(ELc)= 1.000 эВ) и энергии фононов, участвующих в непрямых переходах. Величины минимальных межзонных промежутков CdAs2 были определены в [1] по энергетическому положению края собственного поглощения на уровне а= 6 см~* и составляли: sgi(E| j с) = 1.00 эВ (300 К); sgi(E±c)= 1.04 эВ (300 К).

Совместные исследования спектров Tnp(hv), ФП(Ьу), IK3(hv), проведенные в §3,1.1 — §3.1.4, позволили предложить модель структуры энергетических зон CdAs2 в области минимума межзонного промежутка. Она представлена на рис.2. Абсолютные экстремумы валентной зоны и зоны проводимости находятся в разных точках зоны Бриллюэна. Вершина валентной зоны расщеплена кристаллическим полем. Величина расщепления не изменяется в температурном интервале 80 — 300 К (ßi(E||c) = ß1(Elc)) и составляет ,\кр = 4.5 мэВ. Переходы из верхней валентной зоны происходят в поляризации Е||с, а из отщепленной за счет кристаллического поля подзоны в поляризации EJ_c. Оба непрямых перехода идут с участием экситонных уровней, Энергия связи непрямого экситона одинакова для Е||с и E_Lc (G—14.5 мэВ) и не меняется в температурном интервале 80 — 300 К. Прямой минимум отстоит от непрямого на величину 0.33 эВ. Переходы в этот минимум происходят из верхней подзоны валентной зоны в поляризации Eile.

В §3.1.5 представлены полученные впервые на CdAs2 спектры ФП(Ьу) в области примесного поглощения. Проведен анализ формы спектров ФП(Ьу) и их температурных изменений в интервале 80 — 300 К для образцов CdAs2 с различными электрофизическими параметрами. Показано, что в запрещенной зоне CdAs2 существует два глубоких доиорных уровня с энергией ионизации &2с и 8зс> создаваемых структурными дефектами. Совместный анализ спектров примесной ФП(Ьу), спектров a(hv) в области края собственного поглощения и гальваномагнитных параметров исследуемых образцов CdAs2 позволил определить энергию ионизации этих уровней и предложить (с учетом имеющихся в литературе данных по физико-химическим свойствам и особенностям области гомогенности) модель образования донорных уровней в CdAs2:

Cd¡ = Cd¡+ + е slcá 0.02 эВ;

Cd¡+ = Cdi+ + + e c3c=0.42 эВ;

vas-V/+e s2c~0.26 эВ.

Здесь Cd¡ междоузельный атом Cd в разных зарядовых состояниях; VAs — вакансия As; slc — энергия ионизации мелкого донорного уровня, определяющего, согласно [2], концентрацию свободных носителей заряда в CdAs2.

Вторая часть главы 3 посвящена исследованию оптических переходов в области края собственного поглощения в ZnAs2- Были изучены спектры Tnp(hv), ФГ1(Ь\') монокристаллов ZnAs2 и IK3(hv) диодных структур на их основе. При совмещении со спектрами a(hv), рассчитанными из спектров Tnp(hv), спектры ФП(Ьу) и IK,(hv) совпадали со спектрами a(hv) в области значений а от 0.15 до 3 см-1, a спектры IK3(hv) в области а от 0.15 до 70 см-1, см. рис.3. Это обстоятельство позволило значительно расширить область определения спектров a(hv): до 7-10 "2 см-1 по спектрам ФП(Ьу) и до 4-Ю-2 см-1 по спектрам IK3(hv).

103 "

102

10'

10°

ю-'

а, см

80 К

0.85

0.90

0.95

1.00 1.05 hv, эВ

Рис.3. Спектры собственного поглощения (1,2,3,4), фотопроводимости (5,6) и фототока короткого замыкания (7,8) ZnAs-. при 300 К (1,2,5,7) и 80 К (3,4,6,8) для El I с (1,3,5,6,7,8) и Ele (2,4).

g1 — 17.5 мэв

sgd(E±c) 0.973 эВ

17 мэВ

^'(tílc) 0.875 эВ

Рис.4. Модель структуры энергетических зон 2лАб2 в области минимума межзонного промежутка (300 К).

Проведенные исследования показали, что энергетическое положение края и форма спектров собственного поглощения определяются поляризацией падающего на образец света относительно оси с кристалла. Описанию спектров а(Ьу) для поляризации Е! I с в области 4-10_2<а<10 см""1 посвящен §3.2.1. Проведенные исследования впервые показали, что для Е| I с в области края собственного поглощения реализуется непрямой разрешенный переход, идущий с участием экситонных состояний (ранее гиАя2 относили к прямозонным полупроводникам [3,4]). Анализ спектров а(Ьу) в рамках классической теории поглощения света (с использованием спектров фотолюминесценции 2пАк2 [2]) позволил определить величину минимального межзонного непрямого промежутка с точностью до энергии связи экситона (бдц^Е!! с) = 0.875 эВ при 300 К); ее температурный коэффициент смещения (р4(Е| | с)= -4.1-10-'4 эВ/К в области 80 - 300 К) и энергию фононов, участвующих в поглощении.

Для поляризации Е±с характер поглощения существенно другой (§3.2.2). Согласно проведенным исследованиям, поглощение для Е_1_с определяется прямым переходом, идущим с участием экситонных состояний. При этом в спектрах Тпр(Ьу) при 5 К впервые была обнаружена экситонная серия из трех линий. Проведенный анализ показал, что наблюдаемые экситонные состояния п=1, 2, 3 хорошо описываются зависимостью, характерной для трехмерных экситонов Ванье —Мотга с энергией связи С =17.5 мэВ. Экситонную серию удается наблюдать в спектрах Тпр(Ьу) благодаря низкой интенсивности поглощения в максимуме основного экситонного пика (а~102 см-1). Проведенный анализ формы спектров сх(Ъу) в области Ьу, отстоящих от фундаментального края поглощения на АЬу>10С показал, что прямой экситонный переход в поляризации Е_1_с запрещен. Определены величина минимального прямого

межзонного промежутка для E_Lc и ее температурный коэффициент смещения; при 300 К sgd(Ei.c) = 0.973 эВ; pd(EJ_c)= — З.З-Ю-4 эВ/К в области 60-300 К; pd(E±.c) = -0.25-10"4 эВ/К в области 5 —60 К.

В §3.2.3 описываются спектры собственного поглощения для Elle в области значений ооЮ см-1. Анализ формы спектров a(hv) показал, что в области а>10 см-1 поглощение определяется прямым разрешенным переходом, идущим с участием экситонных состояний. Высокая интенсивность поглощения в поляризации Е| | с не позволяет регистрировать экситонные пики в спектрах Tnp(hv). Пик, соответствующий основному экситонному состоянию разрешенной с ер roi, удалось наблюдать по спектрам IK3(hv) и ФП(Ьу) (основное экситонное состояние запрещенной экситонной серии также регистрировалось в спектрах IK3(h.v) и ФП(Ьу) для E_Lc). По энергетическому положению экситонного пика определена величина минимального прямого межзонного промежутка для Е||с с точностью до энергии связи экситона (sged(El I с) = 0.939 эВ (300 К)) и ее температурный коэффициент смещения (pd(E||c) = -3.8-10"4 эВ/К в области 80-300 К).

Проведенные в §3.2.1 —§3.2.3 совместные исследования спектров Tnp(hv), ФП(Ьу) и I^fhv) позволяют предложить модель структуры энергетических зон ZnAs2 в области минимума межзонного промежутка. Она представлена на рис.4. Абсолютные экстремумы валентной зоны и зоны проводимости находятся в разных точках зоны Бриллюэна. Вершина валентной зоны расщеплена кристаллическим полем. Величина расщепления меняется в температурном интервале 80 — 300 К: ^=17 мэВ (300 К), Акр = 7 мэВ (80 К). В непрямой минимум зоны проводимости переходы идут из верхней подзоны валентной зоны в поляризации Elle. Непрямой переход происходит с участием экситонных

состояний. Прямой минимум зоны проводимости отстоит от непрямого на 0.064 эВ. Прямые переходы также происходят с участием экситонных состояний. При этом переходы, идущие в поляризации Е| | с (из верхней подзоны валентной зоны), разрешены, а в поляризации E_Lc (из нижней подзоны валентной зоны) запрещены.

В заключении диссертации сформулированы основные результаты работы и выводы:

Впервые в области 80 — 300 К проведены совместные исследования спектров оптического пропускания и фотопроводимости структурно — совершенных монокристаллов CdAs2 и ZnAsj, а также фототока короткого замыкания диодных структур на их основе вблизи края собственного поглощения, а для CdA&j и в примесной области.

1. Показано, что в CdAs2 и ZnAs2 энергетическое положение края и форма спектров собственного поглощения определяются поляризацией падающего на образец света относительно оси с кристалла.

Ддя CdAs2:

2. Установлено, что оба края фундаментального поглощения (для поляризаций Е| | с и Ele) определяются непрямыми разрешенными переходами, идущими с участием экситонных состояний.

3. Определены:

величины минимальных непрямых межзонных промежутков (sg1) для поляризаций Е||с и Ele и их температурные коэффициенты смещения : Eg'(El I с) = 0.995 эВ (300 К); сд;(Е1с)= 1.000 эВ (300 К); рЧЕ| Iс)-р'Ш1с) = -5.4-10~4 эВ/К в области 80 - 300 К.

энергия связи экситона G= 14.5 мэВ; энергии фононов, участвующих в переходах;

величина расщепления верха валентной зоны за счет кристаллического поля Дкр = 4.5 мэВ.

4. Показано, что для El I с имеет место прямой разрешенный переход, при этом прямая и непрямая зоны проводимости разнесены по энергии на к 0.33 эВ. Определена величина минимального прямого межзонного промежутка (sgd) п ее температурный коэффициент смещения в области 5 — 300 К: при 300 К sgd(E| I с) = 1.29 эВ; pd(E| | с) = -6.4-10~4 эВ/К в области 60300 К, pd(E||c)= -0.9-10~4 эВ/К в области 5-60 К.

5. Предложена модель структуры энергетических зон CdAs2 в области минимума межзонного промежутка.

6. Установлено существование двух глубоких донорных уровней с энергией ионизации с2с = 0.26 эВ и s3c = 0.42 эВ, создаваемых в запрещенной зоне CdAs2 структурными дефектами. Предложена модель формирования структурных дефектов.

Для ZoAs2:

7. Установлено, что для поляризации Elle в области значений а<10 см-1 собственное поглощение определяется непрямым переходом, идущим с участием экситонных состояний. Определена величина минимального непрямого межзонного промежутка с точностью до энергии связи экситона и ее температурный коэффициент смещения: при 300 К Бде*(Е||с) = 0.875 эВ; pi(E||c)= -4.М0-4 эВ/К в области 80 — 300 К. Оценены энергии фононов, участвующих в поглощении.

8. Показано, что в поляризации Е| | с для значений а>10 см"~1 имеет место прямой разрешенный переход, происходящий с участием экситонных состояний. Основное состояние разрешенной серии свободного экситона наблюдалось по спектрам фототока короткого замыкания и фотопроводимости. Определена величина минимального прямого межзонного промежутка для El I с и ее

температурный коэффициент смещения: при 300 К eged(E| | с) = 0.939 эВ; pd(EÍ I с)= -3.8-10"4 эВ/К в области 80-300 К.

9. Показано, что в поляризации Ele край собственного поглощения определяется прямым запрещенным переходом, идущим с участием экситонных состояний. Обнаружена запрещенная серия свободного экситона из трех линий в спектрах оптического пропускания при 5 К. Определены:

отер гая связи экситона Gx= 17.5 мэВ; величина минимального прямого энергетического промежутка для EJ_c и ее температурный коэффициент смещения: при 300 К egd(EJ_c) = 0.973 эВ (300 К); pd(E±c) = -3.3-10~4 эВ/К в области 60-300 К; (5d(E±c)= -0.25-10-4 эВ/К в области 5-60 К.

10. Предложена модель структуры энергетических зон ZnAs2 в области минимума межзонного промежутка.

Основное содержание диссертационной работы достаточно полно отражено в следующих публикациях:

1. В.А. Морозова, С.Ф, Маренкин, Т.В. Семененя, A.M. Раухман, С.М. Лосева, О.Г. Кошелев. Оптические и фотоэлектрические свойства монокристаллов CdAs2// Изв. АН СССР, Неорганич. матер. т.ЗО, N1, с.33-36, 1994.

2. В.А. Морозова, Т.В. Семененя, С.М. Лосева, О.Г. Кошелев, С.Ф. Маренкин, A.M. Раухман. Определение параметров зонной структуры CdAs2 методами оптического пропускания и фотопроводимости// ФТП т.29, вып.З, с.393-399, 1995.

3. Т.В. Семененя, В.А. Морозова. Особенности краевого поглощения диарсенида кадмия// Вести. Моск. Ун—та. Сер.З, Физика. Астрономия т.36, N4, с.87-92, 1995.

4. В.А. Морозова, Т.В. Семененя, С.Ф. Маренкин, О.Г. Кошелев, A.M. Раухман, С.М. Лосева. Оптические переходы в структурно

совершенных нелегированных монокристаллах CdA^ на краю собственного поглощения и в примесной области// Изв. АН РФ, Неоганич. матер, т.32, N1, с.17 - 22, 1996.

5. В.А. Морозова, С.Ф. Маренкин, Т.В. Семененя, О.Г. Кошелев. Оптические и фотоэлектрические свойства CdAs2// Тезисы докладов 2ой Российской конференции по физике полупроводников. Зеленогорск, т.1, с. 101, 1996.

6. В.А. Морозова, С.Ф. Маренкин, О.Г. Кошелев, Е.А. Форш. Оптические и фотоэлектрические свойства ZnAs2. Тезисы докладов 2ой Российской конференции по физике полупроводников. Зеленогорск, т.2, с. 193, 1996.

7. О.Г. Кошелев, Т.В. Семененя, В.А. Морозова, С.Ф. Маренкин, А.Б. Маймасов. Диэлектрическая проницаемость диарсенида цинка к СВЧ диапозоне// Вести. Моск. Ун —та. Сер.З, Физика, Астрономия т.37, N4, с. 102-105, 1996.

8. В.А. Морозова, Т.В. Семененя, С.Ф. Маренкин, О.Г. Кошелев, М.В. Чукичев. Серия линий свободного экситона в спектрах пропускания диарсенида цинка// Вестн. Моск. Ун —та. Сер.З, Физика. Астрономия т.37, N5, с.86 - 89, 1996.

9. В.А. Морозова, Т.В. Семененя, С.Ф, Маренкин, О.Г. Кошелев, А.М. Раухман, С.М. Лосева. О спектрах фототока короткого замыкания CdAs2// Изв. АН РФ, Неорганич. матер, т.32, N11, с. , 1996.

Цитированная литература

1. Turner WJ„ Fishler A.S., Reese W.E. Electrical and Optical Properties of II-V Compounds. J. Appl. Phys. Suppl. 1961, v.32, N10, p.2241-2245.

2. Маренкин С.Ф., Раухман A.M., Пищиков Д.И., Лазарев В.Б. Электрические и оптические свойства диарсенидов цинка и кадмия. Изв. АН СССР, Неорган, матер., 1992, т.28, N9, с. 1813 — 1827.

3. Sobolev V.V., Syrbu N.N. Optical and Energy Band Structure of the Monoclinic Crystals ZnP2 and ZnAs2. Phys. Stat. Sol., 1972, v.51, N2, p. 863-872.

4. Sobolev V.V., Kozlov A.I. Free Exiton and Exiton Impurity Complexes of Zinc Diphosphide and Zinc Diarsenide. Phys. Stat. Sol. (b), 1984, v.126, p. K 59-62.