Введение к работе
Актуальность темы. Применение полупроводниковых соединений А^Ва в фото- и оптоэлектронике, квантовой радиофизике, акусто-электронике выдвигает задачи всестороннего исследования их оптических свойств и зонных параметров. Особенно важны и информативны оптические спектры поглощения вблизи Eg, имеющие экситонный характер. Спектры диамагнитных экситонов, образующиеся при включении сильного магнитного поля, дают богатую информацию о зонной структуре кристаллов, дополняя ряд известных методов, таких как циклотронный и парамагнитный реэонансы.
До недавнего времени не удавалось зарегистрировать не только тонкую экситонную структуру края поглощения халькогенидов кадмия и цинка, но и разрешить в опытах по поглощению света основное состояние экситонной серии. Это связано с тем,- что, помимо высоких требований к кристаллофизическому совершенству исследуемых образцов, высокие значения силы осциллятора перехода и, соответственно, коэффициенты краевого поглощения порядка d max - 10 см-- требовали изготовления образцов субмикронной толщины (d ^ 1 мкм) без нарушения качества кристаллов. Притом для кубических халькогенидов не существует столь же простого и удобного метода экспериментирования как неоднократно использовавшийся при работе с гексагональными А^В^ прием отбора тонкие с.; бмикронных "чешуек" из числа образующихся естественно в некоторых режимах роста. Это затрудняло анализ кран поглощения и серии свободных экситонов, так как другие экспериментальные методы такие как люминесценция или отражение не являются столь хе прямыми и информативными по отноитонию к обсуждаемой задаче. Так, в спектрах низкотемпературной люминесценции обычно доминируют состояния экситона связанного на примесях С!ЬПК) в то время как люминесценция свободного экситона создает лишь слабые особенности на коротковолновых "хвостах" ЭПК Что жч касается ^п^ктрон от ізл ж р*ния то их хаїзактер находится в дополнительно Г і 'зависимости
С)'і' С і~) СТ{) і! Ї [ и V? II О Rf1 рхно Г* "Г и
Вместе с тем, существует несколько обстоятельств, делающих исследование CdTe, ZnTe, ZnSe особенно своевременным. Среди них: существование ряда систем твердых растворов на основе А^В^, перекрывающих широкий диапазон Eg от О до -3 эВ с возможностью создания на этой базе гетероструктур с квантовыми ямами и сверхрешаток; наличие "прямых" зон, делающее возможным получение эффективного лазерного и люминесцентного иалучения; отсутствие центра инверсии и сильное электрон-фононное взаимодействие, делающие полупроводники А^Вв незаменимыми в акустоэлектронной технике; появление класса высокоэффективных полупроводниковых приборов, главная Функция в которых выполняется не электронным, а экситонным газом; возможность существенного увеличения плотности записи информации на оптических аудио- и видеодисках при использовании эффективных коротковолновых лазеров, например, на основе ZnSe.
Научная новизна и практическая ценность. Впервые получены экснтонные спектры поглощения напряженных и свободных образцов CdTe, ZnTe,' ZnSe, исследована их тонкая структура, а также зависимость спектров от температуры и магнитного поля. Это позволило установить параметры экситонно-поляритонной структуры и ряд существенных научных фактов о характере экситон-фононного взаимодействия. Впервые зарегистрированы и исследованы спектры осциллирующего магнитопоглощения (ОМП) в полях, слабых по отношению к критерию "сильного поля"/^ >> 1- Обоснован новый метод расчета таких спектров и получены параметры зонной структуры CdTe, ZnTe, ZnSe с учетом и без учета поляронной поправки.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. В свободных и напряженных сверхтонких (d ^ 1 мкм) высо
кокачественных монокристаллических пластинках CdTe, ZnTe, ZnSe
наблюдается экситонная структура края поглощения, содержащая ос
новное (Is) и возбужденные (По >, 2) состояния экситона Ванье-
Мотта, экситон-примесные комплексы (ЭПК), максимум на фоне кон
тинуума при Ек = E(ls) + tiUlbo. и ирууге особенннстти
2. Анализ температурной зависимости экситонных спектров
CdTe, ZnTe, ZnSe обнаруживает рост интегральной оптической плот
ности до Т = Т" с последующим насыщением, что свидетельствует о
поллритонном характере пропускания вплоть до Т = 80; 110; 90 К
для CdTe, ZnTe, ZnSe, соотвесгвенно. Из величины интегрального
соответственно. 3. Включение магнитного поля приводит к возникновению ОС-арующего поглощения при полях Н* = 1.0; 1.5; 2.0 Тл - сущест
поглощения в максимуме следует ZiVT = 0.45 и 0.65 нэВ для CdTe и ZnTe,
3. Включение магнитного поля приводит к возникновению
циллирующего поглощения при полях „- = 1.0; 1.5; 2.0 тл - Сїщест
И", **, ^ответственно, что является следствием на0лк,дп,пости возбудденных состояний экситонной серии при Н = О или их воз-горания при И > О, и аналогично явлению, наблюдаемому в спектро-скопии ридбврговских атомов.
4. Анализ магнитооптических спектров для свободных и напряженных образцов CdTe, ZnTe, ZnSe с учетом энергий связи ДЭ, вычисленных в адиабатическом приближении при численном расчете од-номерного уравнения Иоелингера. позволяет восстановить систему
венно меньиих, чем критические Н,.ж = 12; 25; 45 Тл. для CdTe,
ZnTe. ZnSe. соответственно, что является следствием наблюдпенос -
ти возбужденных состояний экситонной серии ПРИ
явлению, наблюдаемому в спектро-
переходов между подзонами Ландау и рассчитать самосогласованный полный набор параметров, наиболее точно описывающий зонную структуру этих соединений вблизи центра зоны Брнллюэна.
номерного уравнения ыредингера. позволяет восстановить систему переходов ме.ду подзонами Ландау и рассчитать самосогласованный
.ее точно структуру этих соединений вблизи центра зоны Брнллюэна. 5. Система параметров, списывающая экситонные сг
тывается из зонных параметров фононного взаимодействия
5. Система параметров, списывающая экситонные спектры для этих соединений, долана учитывать поляронные эффекты и пересчи-тывается из зонных параметров по п.4 с учетом величины экситон-
фононного взаимодействия.
6. Полная картина закона дисперсии экситона а CdTe, ZnTe, ZnSe описывается поляронными параметрами (п.5) и параметрами, вычисленными из спектров поглощения (п.1>, а также включает в себя параметры Z\Ed(no) - отклонения от водородоподобности, эне
себя параметрыAEd(na) - отклонения от водородоподобиости, энергию связи R-. энергию АЕК, характеризующую минимум экситонной зоны при К to. а также продольно-поперечное расщепление Alt, полученное из анализа температурных зависимостей спектров (п.L).
полученное из анализа температурных зависимостей спектров (п.2).
/іпробация рабо_ты. Результаты работы представлялись на Всесоюзной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках", Ташкент, 1989 г.; II Международном симпозиуме по магнитооптике (ISM0-91), Харьков, 1991 г.; V Международной конференции по соединениям А^В^ (II-VI-91), Томано, Окаяма, Япония, 1991 г.; III Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников" , Черновцы, 1991 г.; IV Национальном коллоквиуме по физике и технологии кристаллических и аморфных материалов, Яссы, Румыния, 1992 г.
Публикации. Результаты диссертационной работы отражони г 12 печатных публикациях, список которых приведен в конце реферата.
Стипщріи объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения и списка цитированной литературы. Она содержит 1й8 страниц сквозной нумерации,в том числе: ійй страниц машинописного текста, Эв рисунков на 28 страницах, ІВ таблиц. Список литературы включает 135 наименований на 12 страницах.