WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 5 Особенности спектров отражения в дальней инфракрасной области полумагнитных полупроводников Hg1-xMnxTe1-ySey © А.И. Белогорохов, В.А. Кульбачинский, П.Д. Марьянчук, И.А. Чурилов Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва, Россия (Получена 11 августа 1997 г. Принята к печати 16 октября 1997 г.) Исследованы спектры отражения в дальней инфракрасной области (10–600 см-1) монокристаллов Hg1-xMnxTe1-ySey (0.01 < x < 0.14, y = 0.01) при 300 и 77 K. Кроме продольных и поперечных мод, соответствующих тройному соединению, обнаружен ряд новых фононных мод.

1. Введение. Представлялось интересным синтезировать и изучить Полумагнитные полупроводники, или разбавленные оптические свойства полумагнитного полупроводника магнитные полупроводники, представляют собой твер- Hg1-xMnxTe1-ySey. В настоящей работе нами исследованы спектры отражения в дальней инфракрасной дые растворы, в которых одна из компонент замещается на атом переходного элемента M с некомпенсирован- области узкощелевого полумагнитного полупроводника Hg1-xMnxTe1-ySey.

ным магнитным моментом. В настоящее время хорошо 2. Методика эксперимента.

изучены магнитные и транспортные свойства многих полумагнитных полупроводников, среди которых нахо- Монокристаллы Hg1-xMnxTe1-ySey выращивались методом Бриджмена из химически чистых компонент.

дятся AII MxBVI — полумагнитные полупроводники 1-x Для измерений из слитков электроэрозионным метотипа Hg1-xMnxTe, Hg1-xMnxSe [1–3]. Известно, что дом вырезались образцы с характерными размерами Hg1-xMnxSe имеет n-тип проводимости, в то время как 6 6 0.2мм3. Содержание марганца уточнялось с Hg1-xMnxTe обычно имеет p-тип проводимости. Можно ожидать, что при добавлении Se в Hg1-xMnxTe произой- помощью измерений абсолютной величины магнитной восприимчивости при комнатной температуре. Рентгедет компенсация дефектов и можно будет регулировать новским, микрозондовым анализом и магнитными изметип проводимости и концентрацию дефектов.

рениями установлено отсутствие в образцах включений Значительно меньшее количество работ посвящено других фаз и их гомогенность. Однородность образцов изучению оптических свойств полумагнитных полупроконтролировалась также по измерениям коэффициента водников типа Hg1-xMnxTe, Hg1-xMnxSe. В основном Холла RH по длине образцов. (Разница значений RH не изучалась магнитооптика [1–3]. Имеются также данные превышала нескольких процентов, что свидетельствует о по влиянию концентрации носителей тока на инфракрасвысокой однородности исследуемых образцов).

ные спектры HgTe, Hg1-xMnxTe и Hg1-xMnxSe [4–7].

Таблица 1. Концентрации электронов n и дырок p1 и p2, подвижности электронов µc и дырок µp1, µp2 для исследованных образцов Hg1-xMnxTe1-ySey при T = 4.2K N образца x n, 1020 м-3 µc, м2/В· с p1, 1023 м-3 µp1, м2/В· с, p2, 1021 м-3 µp2, м2/В· с 1 0.01 0.1 –5.0 3.0 0.09 0.6 0.2 0.03 5.9 –1.6 1.8 0.10 0.53 0.3 0.05 5.3 –1.5 2.8 0.0715 7.2 0.4 0.14 0.3 –6.0 2.7 0.082 9.0 0.Таблица 2. Спектральное положение решеточных мод Ai (см-1) для Hg1-xMnxTe1-ySey при комнатной температуре (в скобках при температуре жидкого азота) Nобразца x y A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A1 0.01 0.01 - - 156 125.0 97.5 72.8 60.9 43.(254) ( - ) (152.8) (125.3) ( - ) (75.0) (59.4) (41.3) 2 0.03 0.01 261 192.8 156.0 123.0 97.5 75.6 59.4 46.( - ) (186.6) (153.1) (122.5) (105.6) ( - ) (55.6) (38.1) 3 0.05 0.01 265 189 156.0 122.5 101.0 75.5 60.0 47.(254) (185.9) (153.8) (126.3) (106.6) (71.9) (54.4) ( - ) 4 0.14 0.01 265.6 190.6 156.0 124.4 103.1 76.6 56.3 45.(256.2) (185.9) (154.0) (124.4) (108.1) (72.5) (53.8) (23.4) Особенности спектров отражения в дальней инфракрасной области... Исследованные образцы имели зеркально отполированную поверхность. Исследовались образцы состава y = 0.01 и x = 0.01, 0.03, 0.05, 0.14. Концентрации и подвижности носителей тока для исследованных монокристаллов приведены в табл. 1. Транспортные свойства Hg1-xMnxTe1-ySey определяются как электронами, так и двумя группами дырок, в отличие от Hg1-xMnxTe, где достаточно учета электронов и дырок примесной акцепторной зоны, или Hg1-xMnxSe, где существуют лишь электроны. Одни из дырок в Hg1-xMnxTe1-ySey, повидимому, являются дырками примесной акцепторной зоны, что характерно и для веществ типа Hg1-xMnxTe, а другие — зонными [8].

Известно, что на электрические и гальваномагнитные свойства полупроводниковых твердых растворов на основе теллурида ртути существенное влияние оказывает приповерхностная область [9]. С целью исключения этого эффекта образцы непосредственно перед измерением подвергались химико-механической полировке с дальРис. 2. Спектр отражения образца 1, при температуре жидкого нейшим химическим травлением. Специальные исследоазота.

вания показали, что выдержка протравленных образцов на воздухе в течение нескольких дней не изменяет их свойств, т. е. приповерхностная область не влияла на полученные результаты.

Оптические спектры регистрировались с помощью фурье-спектрометра IFS-113v (Bruker) в диапазоне волновых чисел (10–600) см-1 при комнатной температуре и температуре жидкого азота. При этом разрешение по волновым числам составляло 0.5 см-1 во всем спектральном интервале.

3. Спектры отражения.

На рис. 1 показаны спектры отражения образцов 1–4, при комнатной температуре. Буквами показаны характерные положения решеточных мод. Глубокий размытый Рис. 3. Спектр отражения образца 2, полученный при температуре жидкого азота.

минимум в высокочастотной области спектра (около 280 см-1) соответствует спектральному положению смешанной плазмон-фононной моды. Данная мода возникает благодаря высокой концентрации свободных носителей заряда в исследованных образцах. Точное спектральное положение наблюдаемых решеточных мод приведено в табл. 2. В табл. 2 также приведены значения волновых чисел, соответствующих этим модам, при температуре жидкого азота.

Из сравнения приведенных при двух температурах Рис. 1. Спектры отражения образцов 1–4 Hg1-xMnxTe1-ySey, полученные при комнатной температуре. данных видно, что моды A1-A3, A7 сместились в длинно3 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 548 А.И. Белогорохов, В.А. Кульбачинский, П.Д. Марьянчук, И.А. Чурилов волновую часть спектра при понижении температуры, в принципе дать локальные колебания A7-A8. Природой то время как положение мод A4, A6 не изменилось. В то таких колебаний могли бы быть объемно-ограниченные же время мода A5 сместилась в коротковолновую часть акустические фононы.

спектра.

Работа была поддержана Российским фондом фундаНа рис. 2 и 3 приведены спектры отражения для ментальных исследований, гранты N 96-15-96500 и N 96образцов 1 и 2 соответственно при температуре жидкого 02-18853.

азота. На рис. 2 и 3 видно, что при понижении температуры форма спектров изменяется: плазмон-фононный минимум сдвигается в область малых волновых чисел, Список литературы что связано с уменьшением концентрации свободных [1] J.K. Furdyna. J. Appl. Phys., 64, R29 (1988).

носителей заряда. В связи с этим имеет место более [2] И.И. Ляпилин, И.М. Цидильковский. УФН, 146, 35 (1985).

четкий рельеф спектра в области объемных решеточных [3] N.B. Brandt, V.V. Moshchalkov. Adv. Phys., 33, 194 (1984).

колебаний.

[4] S.W. McKnight, P.M. Amirtharaj, S. Perkowitz. Sol. St.

Мода A1, положение которой зависит от температуры Commun., 25, 357 (1978).

и от состава, не наблюдалась ранее в тройном соеди[5] M. Grynberg, R. Le Toullec, M. Balkanski. Phys. Rev. B, 9, нении Hg1-xMnxTe [4], и поэтому может быть припи517 (1974).

сана локальной моде селена в решетке исследованного [6] G.D. Coguric, Z.V. Popovich, D. Stajanovic, O. Zizic, четверного соединения Hg1-xMnxTe1-ySey.

W. Konig. Sol. St. Commun., 77, 555 (1991).

Моды A2 и A3 соответствуют поперечным (TO) и [7] O. Zizic, Z.V. Popovich, A. Milutinovich, V.A. Kulbachinskii.

Phys. St. Sol. (b), 168, k103 (1991).

продольным (LO) оптическим фононам, что следует [8] V.A. Kulbachinskii, P.D. Maryanchuk, I.A. Churilov, M. Inoue, из сравнения полученных данных с результатами рабоM. Sasaki, H. Negishi, Y. Hara. Semicond. Sci. Technol., 10, ты [4,5]. Моды A2 и A3 практически не изменяются при 463 (1995).

изменении состава и незначительно смещаются в область [9] V.I. Ivanov-Omskii, N.N. Berchenko, A.I. Elizarov. Phys. St.

меньших энергий при понижении температуры. TO мода Sol. (a), 103, 11 (1987).

A2 может соответствовать колебаниям бинарной компоРедактор В.В. Чалдышев ненты MnTe в кристаллической решетке исследованного соединения. То же можно утверждать и для моды A(см. [4]).

Peculiarities of reflectivity in far infrared Мода A5 по разным источникам соответствует в одregion in semimagnetic Hg1-xMnxTe1-ySey ном случае локальной дефектной моде [5], в другом semiconductors случае LO-фононам [4]. Четырехкомпонентные криA.I. Belogorokhov, V.A. Kulbachinskii, P.D. Marianchuk, сталлы Hg1-xMnxTe1-ySey обладают характерными для Hg1-xMnxTe дефектами: вакансиями ртути, селена, тел- I.A. Churilov лура, междоузельной ртутью и т. д. Атомы Se заполMoscow State Lomonosov University, няют вакансии и возникают новые кластеры или из119899 Moscow, Russia меняются размеры существующих. Изменение размеров кластеров приводит к изменению спектров колебаний

Abstract

Reflectivity in the far infrared region (10–600 cm-1) in в Hg1-xMnxTe1-ySey, мода A5, например, смещается в Hg1-xMnxTe1-ySey single crystals (0.01 < x < 0.14; y = 0.01) область больших энергий при увеличении содержания has been investigated at temperatures 300 K and 77 K. Additional Mn x.

vibrational modes to transverse and longitudinal phonons of the 4. Особенности спектров отражения в области ternary compounds were found.

малых волновых векторов.

Обращает на себя внимание хорошее разрешение мод A6-A8, присутствующих в спектрах отражения практически всех образцов. При понижении температуры амплитуда колебаний данных мод возрастает. Причиной поглощения фотонов в этой области спектра могут быть оптические переходы носителей из валентной зоны в примесную зону с участием фононов. Наличие этой зоны в исследованных материалах установлено в работе [8].

Она расположена выше дна зоны проводимости на энергию около 5 мэВ. Эта энергия сравнима с энергией переходов с участием фононов, соответствующих модам A7, A8. Хотя, несмотря на однофазность образца, мы все-таки не можем полностью исключить возможность существования в образцах гранульной структуры. Если бы размер гранул был 20–50 мкм, то это могло бы в Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, №




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.