WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 1 Поглощение света на переходах между подзонами легких и тяжелых дырок в p-MnxHg1-xTe © И.М. Несмелова¶, Н.С. Барышев, В.А. Андреев ФНПЦ НПО ”Государственный институт прикладной оптики”, 420075 Казань, Россия (Получена 8 мая 2001 г. Принята к печати 30 мая 2001 г.) Измерены спектры поглощения эпитаксиальных пленок p-MnxHg1-x Te с x = 0.12-0.19 в области длин волн 2-24 мкм при 300 и 80 K. По теории Кейна с учетом влияния отдаленных зон рассчитано поглощение, обусловленное переходами носителей заряда между подзонами легких и тяжелых дырок. Получены значения эффективных масс тяжелых и легких дырок в зависимости от состава твердого раствора и температуры.

Проведен анализ низкотемпературных спектров поглощения; оценены энергии ионизации акцепторного уровня.

Преимуществом полумагнитного полупроводника в зависимости от состава (от x) и температуры (T ).

MnxHg1-xTe (МРТ) по сравнению с широко используе- Проведен анализ низкотемпературных спектров погломыми твердыми растворами CdxHg1-xTe (КРТ) является щения и определены энергии ионизации акцепторного большая стабильность электрофизических свойств. уровня (Ea) в зависимости от x при T = 80 K.

Наличие Mn в решетке трехкомпонентного материала Авторы ряда работ [2–4] при теоретической обприводит к упрочнению химической связи Hg-Te, тогда работке экспериментальных результатов исследований как в КРТ имеет место сильное разрыхление этой образцов MPT с x = 0.08-0.30 принимали значесвязи, приводящее к нестабильности свойств материала.

ния m1 = (0.5-0.55)m0, в работе [5] для образцов Mn-связь в MPT в основном обусловлена сцеплением с x = 0.20-0.22 полагалось m1 = 0.4m0. Изучались s-состояний металла с p-состояниями теллура при электронные параметры приповерхностной области моналичии ограниченной d-p-гибридизации.

нокристаллов MPT с x = 0.00-0.19 [6]; получены Основные физические свойства твердых раствозначения m1 =(0.10-0.21)m0.

ров MPT (как и КРТ) определяются их энергетической Нами исследовались спектры поглощения эпитаксиструктурой вблизи точки (центр зоны Бриллюэна), альных пленок Mnx Hg1-xTe p-типа проводимости с в kp-расчетах необходимо учитывать по крайней мере x = 0.12-0.19, полученных жидкофазной эпитаксией три близко расположенные зоны — 6, 7, 8. Чаиз теллуровых растворов–расплавов. С целью снижения стично заполненной и сильно локализованной 3d5-обоконцентрации дырок слои подвергались длительному лочке ионов Mn2+ соответствует уровень (узкая d-зона), отжигу в парах ртути, в результате чего были полурасположенный в валентной зоне на 3эВ ниже ее чены образцы с концентрациями нескомпенсированных вершины. Этот уровень не влияет на структуру зон акцепторов p = 1015-1016 см-3 при 300 K. Спектры в окрестности точки и, следовательно, на электропоглощения измерялись на спектрометре ИКС-21 в облафизические свойства материала. Однако ряд особенности 2-24 мкм при T = 300 и 80 K.

стей, наблюдающихся в явлениях переноса при сильных В материалах p-типа проводимости с кейновской зонмагнитных полях и в магнитооптических явлениях при ной структурой поглощение с длинноволновой стороны низких температурах (T < 40 K), удается объяснить края основной полосы (при энергиях фотонов меньше только при учете обменного взаимодействия зонных ноширины запрещенной зоны, h < Eg) обусловлено в сителей заряда с локализованными d-электронами ионов основном переходами дырок между подзонами валентной марганца [1].

зоны. В монографии [7] было показано, что для InAs, В то время как электрофизические свойства твердых InSb, CdHgTe это поглощение играет значительную роль.

растворов КРТ изучены достаточно подробно, свойства Теоретическая обработка экспериментальных спектров монокристаллов и слоев MPT исследованы недостаточпозволяет определить законы дисперсии и эффективные но. Необходимо уточнить значения зонных параметров, массы как тяжелых, так и легких дырок.

таких как эффективные массы носителей заряда, мехаДля исследований были отобраны образцы МРТ низмы рассеяния свободных носителей заряда, темпераp-типа проводимости с x > 0.12, так как для этих состатурные зависимости ряда энергетических зазоров.

вов поглощение на переходах носителей заряда между Настоящая работа посвящена изучению законов дисподзонами тяжелых и легких дырок, V1 V 2, не персии дырок в валентной зоне твердых растворов маскируется краем основной полосы (зона–зона). На MnxHg1-xTe, определению значений эффективных масс рис. 1 представлены спектры коэффициента поглощеплотности состояний тяжелых (m1) и легких (m2) дырок ния () одного из образцов с x = 0.186, электрические ¶ E-mail: eugene@mi.ru параметры которого приведены в табл. 1. Концентрация 4 50 И.М. Несмелова, Н.С. Барышев, В.А. Андреев и подвижность дырок определялась из измерений коэф- Таблица 1. Электрические параметры образца p-MnxHg1-x Te фициента Холла RH и электропроводности методом x T, K Eg, эВ 1/eRH, см-3 RH, см2/В · с Ван-дер-Пау, ширина запрещенной зоны Eg и содержание Mn x — из оптических измерений и зависимости 300 0.387 3.6 · 1016 2.0 · 0.Eg(x, T ), данной в [2]. Как видно из рис. 1, в области 77 0.376 3.3 · 1016 1.5 · поглощения свободными носителями (при длинах волн > 4мкм) наблюдается дополнительное поглощение.

Таблица 2. Зонные параметры тройных твердых растворов С понижением температуры поглощение увеличивается p-MnxHg1-x Te и имеет более сложную структуру. Отчасти это связано с тем, что с понижением температуры уменьшается x T, K m1/m0 m2/m0 Eg, эВ Ea, эВ степень ионизации акцепторного уровня и возрастает 300 0.0286 0.роль примесного поглощения с участием как зоны про0.119 0.80 0.0261 0.175 0.водимости, так и валентных зон.

300 0.0320 0.0.135 0.80 0.0304 0.228 0.300 0.0446 0.0.186 0.80 0.0435 0.376 0.Нами были проведены расчеты коэффициента поглощения, обусловленного переходами носителей заряда между подзонами тяжелых и легких дырок V1 V2.

Вычисления проводились по теории Кейна (Eg < ) с учетом непараболичности зоны легких дырок и поправок к законам дисперсии дырок в зонах V 1 и V2, которые учитывают влияние более удаленных зон, расположенных выше зоны проводимости и ниже валентной зоны.

Эффекты высших и низших зон оценивались согласно теории возмущения 2-го порядка. Расчеты проводились подобно тому, как представлено в [7,8]. По теории Кейна зона V2 непараболична, и величина m2 определялась как [9] 2/ k m2 =, EV 2 dEV2/dk2 Рис. 1. Спектры поглощения образца MnxHg1-x Te p-типа прогде EV 2 — закон дисперсии легких дырок, k —абсолютводимости с x = 0.186: 1, 2 — эксперимент; (3–5) —расчет с ное значение волнового вектора.

учетом (3, 4) и без учета (5) высших зон. T, K: 1, 3, 5 — 300;

Для твердого раствора MnxHg1-xTe в литературе 2, 4 — 80.

даются несколько наборов зонных параметров, которые учитывают влияние отдаленных зон на основные зоны, а также взаимодействие зоны проводимости и валентной зоны через остальные зоны. На основании экспериментальных данных в [10] были определены зонные параметры для x = 0.005, в работе [5] —для x = 0.20-0.22.

В обзоре [1] приведены значения зонных параметров для x = 0.155, полученные расчетным путем в [11]:

1 = 27.5, 2 = 3 = 12.5, = 15 (в обозначениях Латтинджера). Расчеты проводились с тремя наборами зонных параметров. Наилучшего согласия теории с экспериментом мы достигли при использовании зонных параметров, приведенных в [1] (рис. 1, кривые 3, 4).

Рассчитаны значения эффективных масс плотности состояний тяжелых и легких дырок. Результаты расчетов в Рис. 2. Структура валентной зоны Mnx Hg1-x Te (x = 0.186): окрестности точки для составов с x = 0.119, 0.135, EV1 — зона тяжелых дырок, EV2 — зона легких дырок.

0.186 при T = 300 и 80 K приведены в табл. 2. На Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Поглощение света на переходах между подзонами легких и тяжелых дырок... рис. 2 представлены законы дисперсии тяжелых и легких Light-to-heavy hole absorption дырок в зависимости от квадрата волнового вектора для in p-MnxHg1-xTe твердого раствора МРТ с x = 0.186.

Как видно из рис. 1, расчетные спектры при T = 300 K I.M. Nesmelova, N.S. Baryshev, V.A. Andreev для переходов V 1 V2 удовлетворительно описывают State Institute of Applied Optics, эксперимент. Спектры поглощения при T = 80 K в 420075 Kazan, Russia области = 5-10 мкм имеют особенности, которые не описываются межподзонными переходами V 1 V2. Мы

Abstract

Optical absorption in epitaxial layers p-MnxHg1-x Te предположили, что эта структура обусловлена перехода(x = 0.12-0.19) has been measured in the range 2-24 µm ми носителей заряда с акцепторного уровня либо в зону at the temperatures T = 300 and 80 K. Experimental results проводимости, либо в подзону легких дырок. Анализ were interpreted on the basis of the Kane model. The interband низкотемпературных спектров позволил оценить энерtransitions of heavy holes from band V 1 to band V 2 of light гию ионизации акцепторного уровня Ea в зависимости holes were calculated. Effective masses of heavy and light holes от состава (см. табл. 2).

as functions of x and T were obtained. On analyzing the Таким образом, проведен анализ спектров поглощеspectra absorption at T = 80 K, the acceptor level energies were ния с длинноволновой стороны края основной полоdetermined.

сы эпитаксиальных слоев тройных твердых растворов p-MnxHg1-xTe с x = 0.12-0.19 при 300 и 80 K.

Рассчитаны законы дисперсии и значения эффективных масс тяжелых и легких дырок в зависимости от состава и температуры; проведена оценка энергии ионизации акцепторного уровня при T = 80 K в зависимости от состава.

Авторы выражают благодарность М.П. Мезенцевой и Т.В. Чугуновой за предоставленные образцы.

Список литературы [1] И.И. Ляпилин, И.М. Цидильковский. УФН, 146 (1), (1985).

[2] J. Kaniewski, A. Mycielski. Sol. St. Commun., 41, 959 (1982).

[3] A. Rogalski. Infr. Phys., 31, 117 (1991).

[4] P.I. Baranskii, O.P. Gorodnichii, N.V. Shevchenko. Infr. Phys., 30, 259 (1990).

[5] Е.И. Георгицэ, В.И. Иванов-Омский, Д.И. Цыпишка. ФТП, 32, 450 (1998).

[6] А.М. Белых, О.В. Романов, Н.Н. Семенов, В.И. Каленик.

Матер. II Всесоюзного семинара «Примеси и дефекты в узкозонных полупроводниках» (Павлодар, 1989) ч. I, с. 20.

[7] И.М. Несмелова. Оптические свойства узкощелевых полупроводников (Новосибирск, Наука, 1992).

[8] И.М. Несмелова, З.К. Тулвинская, Н.С. Барышев. ЖПС, 50, 480 (1989).

[9] О. Маделунг. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп (М., Мир, 1967).

[10] K. Takita, T. Uchino, T. Gochou, K. Masuda. Sol. St. Commun., 61, 535 (1987).

[11] T.R. Gawron, Y. Trylski. Proc 4th Int. Conf. Phys. of Narrow Gap Semicond. (Linz, Austria, 1981) [Lecture Notes in Physics (Springer Verlag, 1982) p. 312].

Редактор Л.В. Шаронова 4 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып.




© 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.