Файл: Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках пер. с англ.pdf

28 Глава 1. Энергетические состояния в полупроводниках

соотношении между компонентами. В ZuS^a-Se^ ширина запрещен­ ной зоны линейно зависит от состава, тогда как в Zne^a-Te* й ZnSei-sTea- наблюдается аномально сильная нелинейная зави­ симость, которая до сих пор не получила объяснения [29].

В системе Hgj-j.Cdj.Té ширина запрещенной зоны меняется линейно от 1,6 эВ для CdTe до —0,14 эВ для HgTe [31, 32]. Отри­ цательная величина ширины запрещенной зоны означает, что мы

Ф и г . 1.19. Зависимость ширины запрещенной зоны от состава сплава для четырех систем типа (II—V I ) ^ —(III—Y)x. (По Блуму, частное сооб­

щение.)

Данные 1 , 2 , 3 получены в работе [34]; данные 4 — в работе [33], а данные 5 — Хокингсом и Робинсоном (частное сообщение).

имеем дело с полуметаллом, когда зона проводимости и валентная зона перекрываются. Возможность получения малой ширины запрещенной зоны в этом соединении делает его очень перспек­ тивным для обнаружения инфракрасного излучения. Сплавы из четырех компонент на основе полупроводниковых соединений III—V и II—VI были синтезированы в широкой области измене­ ния состава [33—35] х). Однако их оптические свойства свидетель­ ствуют о сильно нелинейной зависимости ширины запрещенной зоны от состава (фиг. 1.19).

г) Этим вопросом занимались также Хокинге и Робинсон (Е . F. Hackings, J. W. Robinson, частное сообщение).

30 Глава 1, Энергетические состояния в полупроводниках

25.Eagles D. М ., Phys. Rev., 145, 645 (1966).

26.Reiss Н., Fuller С. S., Morin F. J., Journ. Bell Syst. Techn., 35,535(1956).

27.Hopfield J . / . , ThomasD. <?., Gershenzon M ., Phys. Rev. Lett., 10 162 (1963).

31.Harman T. C., Kleiner W. H., Strauss A. J., Wright G. B., Mavroides J. G., Honig J. M., Dickey D. //., Solid State Comm., 2, 305 (1964).

32.Long D., Schmit J. L-., Hgl _a.Cd1.Te and Closely Related Alloys, в книге:

«Semiconductors and Semimetals», eds. R. K. Willardson and A. C. Beer,

Г Л А В А 2

ВОЗМУЩЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ВНЕШНИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ

Теперь мы рассмотрим, каким образом внешние воздействия влияют иа разливные энергетические уровни полупроводников. К числу контролируемых внешних воздействий относятся: давле­ ние, температура, электрическое и магнитное поля. Давление может быть гидростатическим или одноосным; оно влияет на по­ тенциальную энергию всех уровней. Температура влияет иа поло­ жение уровней через внутреннее давление, которое она вызывает; она также изменяет населенность различных уровней.

Электрическое поле поляризует решетку и, если оно достаточно сильное, вызывает расщепление уровней (эффект Штарка). Но на­ иболее существенным оказывается эффект Келдыша — Франца, который приводит к эффективному уширеншо всех уровней.

Магнитное поле вызывает расщепление Ландау всех состояний зоны проводимости и валентной зоны и расщепление Зеемана при­ месных и экситонных состояний.

Зная все эти эффекты, можно проводить идентификацию раз­ личных уровней, которые участвуют в оптических процессах, в том случае, когда детали механизма неясны.

§ 1. ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ

1. Гидростатическое давление

. Гидростатическое давление уменьшает расстояние между ато­ мами. Как видно из фиг. 1.1, меньшему расстоянию между ато­ мами отвечает большая ширина запрещенной зоны. (Однако в неко­ торых материалах, например в Те и PbSe, ширина запрещенной зоны уменьшается с уменьшением межатомного расстояния, т. е. с увеличением давления.) Можно принять, что для малого изме­ нения Аа постоянной решетки энергия уровня Е меняется линей­ но с Аа:

Е = EQ-f- Ei Ae,

где E 0 — энергия уровня при нулевом давлении, а ^ — коэффи­ циент, вообще говоря, различный для разных уровней. Следова­ тельно, зависимость ширины запрещенной зоны от давления будет

32 Глава 2. Возмущения в полупроводниках

определяться величиной

= С^іс + Ей)

где Е1Си Е1В — коэффициенты, характеризующие изменение поло­ жения краев валентной зоны и зоны проводимости с давлением. Поскольку разные долины характеризуются различными коэффи­ циентами (некоторые — по­ ложительными, некоторые — отрицательными), то может оказаться, что при достаточно больших деформациях полу­ проводник превратится из ма­ териала с прямыми перехода­ ми в материал с непрямыми

рактеризующие изменение ве­ личины энергетического зазо­ ра (между вершиной валент-

Ф п г. 2.1. Зависимость ширины запрещенной зоны германия при 350 К от давления [1].

Следует отметить нелинейную зависи­ мость в области высоких давлений.

ной зоны и различными минимумами'зоны проводимости) с дав­ лением, для ряда полупроводников представлены в табл. 2.1 х).

Отметим, что в германии и многих полупроводниках типа III— V зависимости величин энергетического зазора между зонами в.точ­ ке Г («прямой зоны») от давления оказываются схожими. Различие

вскоростях и знаках изменения положения разных минимумов

взависимости от давления может приводить к тому, что ширина запрещенной зоны будет проходить через максимум или минимум при достаточно больших давлениях. Так, в германии ширина запрещенной зоны максимальна при 50 кбар [2]. Это легко понять, если учесть, что при повышении давления долины (111) движутся вверх, а долины (100) — вниз. При 50 кбар минимумы обоих наборов долин оказываются при одной и той же энергии.

г) Для краткости мы называем их далее коэффициентами давления.—

Прим. ред.