WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

от минимума, ближайшего к длинноволновой границе Поэтому на рис. 5 представлены спектры PC. Спектры непрерывного спетра. Такой единственный минимум за аналогичны приведенным на рис. 4, но изменяются линией D четко виден в спектрах PC при [111] P > сильнее при возрастании давления P. Видно, что с и [001] P > 1.5кбар. Тогда можно определить как ростом P спектры последовательно выходят на единую разность энергий в этом минимуме и в минимуме у зависимость, определяемую легкими дырками. Далее точки ветвления. Минимумы у точек ветвления более следует область ветвления, отвечающая началу перечетко выражены в спектрах PC шлифованных образцов ходов в зону тяжелых дырок. Затем ветви выходят на (см. вставку на рис. 5). Поэтому при определении общую зависимость PC при P = 0. Никаких локальных особенностей в этой спектральной области не обна- энергий в минимумах мы использовали и такие спектры.

В этих приближениях на рис. 6 построен спектр ружено. Вблизи края фотопроводимости спектры PC аналогичны приведенным на рис. 3. Как и при сжатии в дырочных состояний Ge(Ga) при одноосном сжатии в направлении [111], здесь проявляются пики фототерми- направлениях [111] и [001]. Поскольку энергии ветвей ческой ионизациии состояний B, C и D. Затем с ростом легких и тяжелых дырок можно определить лишь при давления состояния B и C входят в зону легких дырок, значительных давлениях, на рис. 6 экспериментальные трансформируясь в широкие полосы вблизи ее края. значения линейно экстраполированы в область малых Состояние D приближается к краю зоны, но не входит давлений (пунктирные прямые). Пересечение этих пряв нее, а смещается в область меньших энергий из-за мых при P = 0 подтверждает корректность такой экстрауменьшения энергии низшего состояния примеси 1S1/2. поляции. Из рис. 6 следует, что расщепление валентной Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Спектроскопия германия, легированного Ga, при одноосном сжатии Рис. 5. Спектры фотопроводимости образца Ge(Ga) (резонатор 1 1 10 мм3, 5 · 1013 см-3), [001] P, кбар: 1 —0, 2 — 0.93, 3 —1.4, 4 — 1.86, 5 —2.3, 6 —2.8, 7 —3.3, 8 —3.7, 9 — 4.2. На вставке — спектры фотопроводимости того же образца при P = 4.2кбар: a — резонатор, электрическое поле E P; b — шлифованный образец, E P; c — образец с контактами на боковых гранях, E P.

зоны германия пропорционально давлению: возможным связывать его с каким-то определенным глубоким состоянием примеси. Еще раз подчеркнем, = 2.5P[мэВ/кбар] =d0.58S44P, что все состояния, вошедшие в область непрерывного спектра энергий, незначительно смещаются в глубь = 3.65P[мэВ/кбар] =2b(S11 - S12)P. (1) зоны легких дырок при возрастании деформации. ОтЗдесь b и d — константы деформационного потенциала, дельно следует остановиться на расщеплении основного S44, S11 и S12 — коэффициенты податливости гермасостояния 1S. Его зависимость от давления можно ния [16,17]. Из (1) следует, что d = 2.9эВ, b = 1.45 эВ.

проследить по раздвоению синглетной линии D до тех Полученные нами константы деформационных потенпор, пока верхняя ветвь 1S3/2 заселена. При 4.2 K это циалов по крайней мере на 30–40% меньше приводивозможно до P 1кбар (точки на рис. 6). Полагая, мых в литературе [12,16,17]. Однако в данной работе что расщепление состояния 1S пропорционально P, эти величины определены из прямых экспериментов можно экстраполировать его верхнюю ветвь в область по расщеплению ветвей валентной зоны в широком более высоких давлений. Такая процедура в значительдиапазоне внешних давлений. Воспроизводимость реной степени произвольна, тем более что определение зультатов была хорошей, и мы не видим источника коэффициента пропорциональности в области малых P систематических ошибок, который мог бы привести к не может быть точным. Из рис. 6 следует, что этот такому расхождению.

коэффициент близок к 1.3 мэВ/кбар. Отметим, что отЭнергии состояний 1S, C и D при P = 0 отмечены ношение величин расщепления 1S-состояния и ветвей на рис. 6 согласно [9]. При возрастании давления P в валентной зоны (0.53) весьма близко к отношению, направлениях [111] и [001] эволюция возбужденных сорассчитанному в [18]. При экстраполяции смещения стояний несколько различается. Однако в конце концов уровня сообразно найденному коэффициенту (пунктир состояния C и D приближаются к краю зоны легких на рис. 6) видно, что состояние 1S3/2 сближается с дырок, но C входит в область непрерывного спектра, зоной легких дырок при P 5-6 кбар. Вряд ли можно а D остается за его краем. Что касается состояния, отмеченного на рис. 3 и 6 звездочками, то мы не считаем ожидать, что при дальнейшем небольшом возрастании Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 202 Я.Е. Покровский, Н.А. Хвальковский при одноосном сжатии. В результате анализа эволюции спектров установлена зависимость величины расщепления зон легких и тяжелых дырок от давления в диапазоне от 0 до 7.5 кбар в направлении [111] и до 4.2 кбар в направлении [001]. Константы деформационных потенциалов валентной зоны b = 1.45 эВ и d = 2.9эВ, определенные из этих экспериментов, оказались меньше принятых ранее величин. Показано, что при возрастании давления некоторые локальные уровни энергий примеси галлия сближаются с зоной легких дырок, а затем входят в зону и остаются вблизи ее края, проявляясь в виде широких ( 1мэВ) полос. Возможно, что при пробое примеси галлия инверсное заселение этих резонансных состояний приводит к возбуждению стимулированного излучения в области 10 мэВ. Проявления резонансных состояний примеси вблизи края зоны тяжелых дырок, существование которых следовало из некоторых расчетов, обнаружить не удалось. Мы полагаем, что вопрос о возможной роли резонансных состояний может быть выяснен при исследовании спектров фотопроводимости и поглощения в идентичных условиях спонтанного и стимулированного излучений.

Рис. 6. Эволюция энергетического спектра Ga(Ga) при одноосном сжатии кристаллов в направлениях [111] и [001] под Авторы благодарны В.П. Синису за содействие в давлением P. VB1/2 и VB3/2 — ветви зон легких и тяжелых проведении экспериментов, И.В. Алтухову, М.С. Кагану дырок; 1S1/2, D и C — энергетические уровни основного и и А.Ф. Полупанову за обсуждение результатов.

возбужденных состояний примеси. Точки — уровень 1S3/2 из рис. 1. Звездочки — неидентифицированное резонансное состоРабота выполнена при финансовой поддержке Росяние. Пунктир — экстраполяции экспериментальных данных в сийского фонда фундаментальных исследований (проект области малых и больших давлений.

№ 04-02-16891) и EOARD(грант ISTC 2206p).

Список литературы давления до 7–8 кбар энергия этого состояния окажется близкой к краю зоны тяжелых дырок VB3/2.

[1] И.В. Алтухов, М.С. Каган, В.П. Синис. Письма ЖЭТФ, 47, Как уже отмечалось, в области энергий 10–30 мэВ 136 (1988).

никаких особенностей, связанных с проявлением резо[2] И.В. Алтухов, М.С. Каган, К.А.. Королев и др. ЖЭТФ, 101, нансных состояний примеси Ga, обнаружить не удалось.

756 (1992).

Более того, обнаруженные нами резонансные состояния [3] И.В. Алтухов, М.С. Каган, К.А.. Королев и др. Письма лежат в области непрерывного спектра вблизи края зоны ЖЭТФ, 59, 455 (1994).

легких дырок. Этот экспериментальный результат проти- [4] И.В. Алтухов, М.С. Каган, К.А. Королев и др. ФТП, 30, воречит расчетам [5–7], согласно которым резонансные 1091 (1996).

[5] И.В. Алтухов, М.С. Каган, К.А. Королев и др. ЖЭТФ, 115, состояния акцепторов лежат у края зоны тяжелых дырок.

89 (1999).

Однако резонансные состояния у края зоны легких [6] М.А. Одноблюдов, А.А. Пахомов, В.М. Чистяков и др.

дырок также достаточно интересны. Так, накопление ФТП, 31, 1180 (1997).

дырок в этих состояниях может отвечать за возбужде[7] М.А. Одноблюдов, А.А. Прокофьев, И.Н. Яссиевич.

ние стимулированного излучения при P = 3.9кбар в ЖЭТФ, 121 692 (2002).

направлении [001] и h 10 мэВ сразу после пробоя [8] В.Я. Алешкин, В.И. Гавриленко, Д.В. Козлов. ЖЭТФ, 120, примеси Ga [19]. Эта энергия близка к разности энергий 1495 (2001).

между основным 1S1/2 и резонансным состоянием C при [9] A.K. Ramdas, S. Rodrigues. Rep. Progr. Phys., 44, том же значении P (рис. 6).

(1981).

[10] G.B. Wright, A. Mooradian. Phys. Rev. Lett., 18, 608 (1967).

[11] O.L. Lipari, A. Baldareschi. Sol. St. Commun., 25, 665 (1978).

5. Заключение [12] R.L. Jones, P. Fiser. Phys. Rev. B, 2, 2016 (1970).

[13] A.G. Kazanskii, P.L. Richards, E.E. Haller. Appl. Phys. Lett., Для выяснения возможной роли резонансных состоя21, 496 (1977).

ний примеси галлия в германии при возбуждении сти[14] V.Y. Aleshkin, A.V. Gavrilenko, V.I. Gavrilenko et al. Phys.

мулированного излучения исследованы спектры примесStatus Solidi (c), 0, 680 (2003).

ного поглощения и фотопроводимости этого материала [15] Ш.М. Каган, А.Ф. Полупанов. ЖЭТФ, 80, 394 (1981).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Спектроскопия германия, легированного Ga, при одноосном сжатии [16] Г.Л. Бир, Г.Е. Пикус. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках (М., Наука, 1972).

[17] П.И. Баранский, В.П. Клочков, И.В. Потыкевич. Полупроводниковая электроника. Справочник (Киев, Наук.

думка, 1975) с. 8, 129.

[18] А.Ф. Полупанов, Р. Таксинбаев. ФТП, 18, 279 (1984).

[19] Yu.P. Gousev, I.V. Altukhov, E.G. Chirkova et al. Appl. Phys.

Lett., 75, 757 (1999).

Редактор Т.А. Полянская A spectoscopic study of Ga-doped Ge, under unaxial pressure Ya.E. Pokrovskii, N.A. Khvalkovskii Institute of Radioengineering and Electronics, Russian Academy of Sciences, 125009 Moscow, Russia

Abstract

To identify optical transitions responsible for the excitation of a longwave stimulated radiation in a Ga-doped unaxially compressed Ge, the optical absorprion and photoconductivity spectra of the material were investigated in a wide range of the pressure in [111] and [001] directions. The dependence of the valence band splitting between the branches of light and heavy holes in Ge as a function of the applied pressure was found. Constants of deformation potential for valence band were determined from the dependence. The constants appeared to be less than the earlier known ones. It has been established that some of the Ga impurity excited states with the pressure increase reach the light holes band and penetrating into that remain close to its edge (the resonant states). It is possible that the inversion population of the resonant states leads to an excitation of the stimulated radiation with the photon energy close to 10 meV.

No peculiarities have been found in the spectra confirming the existence of resonant impurity states near the edge of the heavy hole band.

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.