Введение к работе
Актуальность теми. Значительное расширение выбора полупроводниковых материалов с разным сочетанием свойств особенно важно и интересно сейчас, когда в электронной технике возникла новая область - оптоэлектроника. Её специфика заключается в том, что необходимо оптическое согласование пар излучатель-приемник, работаших в разных областях спектра. Это требование выполнимо при условии больного разнообразия полупроводниковых материалов.
Для управления фотонным пучком в оптоэлектронных устройствах также необходимо применение различных материалов, способных обеспечить определенный физический эффект нужной интенсивности в заданном спектральном диапазоне.
Для использования полупроводников в технике особенно су- ществекно точно знать их энергетическую структуру, которая в основном определяет их поведение при приложении к ним разного рода внешних воздействий.
В свою очередь энергетическая структура полупроводникового материала зависит от химического состава, что дает возможность создания новых полупроводниковых материалов с промежуточными свойствами. В последнее время поиски новых полупроводниковых материалов в пределах алмазоподобной группы продолжаются в направлении исследования тройных, четверных и более сложных соединений, компоненты которых являются гетеровалентными.
К настоящему времени получены и в некоторой степени исследованы тройные соединения типа А В Gg и их твердые растворы, такие как А3^ -А2В4с|, а также А2В4с| - А2В4с|.
Почти все оптические свойства изучались в естественном свете несмотря на то, что многие представители этих соединений кристаллизуются в некубической решетке. Как известно, кристаллы с некубической структурой относятся к оптически сложным веществам, следовательно, необходимо изучать их свойства в поляризованном свете, причем в различных ориеятациях вектора Е относительно оптической оси.
Кристаллы BtI2Qe020 (BID) и BtjgSiOgo (ВСО) не относятся к алмазоподобным соединениям, однако они нашли широкое применение в оптоэлекгронике в качестве среды для записи голограмм и для создания устройств пространственно-временной модуляции света.
В связи с вышеизложенным, исследования, оптических и магнитооптических свойств бинарных, тройных соединений и их твердые растворы представляют большой научный и практический интерес.
Цель работы заключалась в изучении зонной структуры некоторых, мало изученных и совершенно новых, впервые полученных тройных соединений А В с| и твердых растворов на их основе. Для достижений этой цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать комплексную методику исследований, включающую в себя высокочувствительные оптические, магнитооптические и другие методы, при трех фиксированных температурах, в широком диапазоне длин волн.
-
Более точно измерить оптические константы и установить их дисперсионно-температурные зависимости с применением поляризованного света на ориентированных кристаллах.
-
Определить ширину запрещенной зоны новых полупроводниковых кристаллов.
-
Определить параметры зон изучаемых материалов с целью построения их зонйой структуры.
-
Исследовать оптическую активность вдоль кристаллографической осе с и в других направлениях.
Научная новизна работа заключается в установлении зонной структуры мало и совсем неизученных полупроводниковых материал лез как тройных соединений, так и их твердых растворов; з получении более точных значений оптических констант с применением поляризованного света с электрическим вектором.Е при двух ориен-гациях относительно оси с;, во введении поправки в известную формулу А,В. Шубникова, учитывающей гиротропию кристалла и дающей возможность отделения оптической активности от двойного лучепреломления.
В методическом отношении новизна заключается в разработке и применении коэффициента отражения на ориентированных монокристаллах; ^эффекта Фарадея на неориентированных кристаллах; методики определения разности главных показателей преломления на неориентированных монокрисгаллических пластинках; методики измерения гиротропии в ориентированных кристаллах CdSnASg и CdQe^. Выше разработанные комплексные методы вполне могут быть применены по всем тройным соединениям A2B4cf
Основные полоненпя. выносимые на зашиту.
-
Долученеє описания диэлектрической постоянной кристалла CdnAs2 и вклад в нее свободных носителей заряда тензорами второго ранга, установление формы оптических индикатрис первой из указанных величин в виде вытянутого, а второй - в виде сплюснутого эллипсоидов вращения.
-
Методика для определения значений эффективной массы носителей заряда на неориентированных образцах со структурой халькопирита.
-
Значения главных показателей преломления и их разность в зависимости от длины волны при трех фиксированных температурах (300, 83 и ЮК) для CdSnAs2 и при комнатной температуре для CdQeP2.
-
Теория и методика определения оптической активности з кристаллах точечной группы 42f" в Ш области спектра. Экспериментально выделенные значения удельного вращения плоскости поляризации для образцов CdSnAs2 и Cd(?eP2.
-
Зонная структура CdSnAs2 и InAs и существе22нпе второй подзоны в зоне проводимости. Энергетический заз^у і/"^цу этими зонами.
-
Спектры коэффициента отражения и пропускания и отевда определенные значения ширины запрещенной зовы следуших материа- ' лов: CdSLAs2, 2QaAS - 2nSiAs2. 2QaA5 - nQeAs2, Cd3As2 - 2ІпТв
и другие.
-
Деление по зонам рассмотренных полупроводниковых материалов по ширине запрещенной зоны на стандартные (CdStASj, ВСЮ, ВГО, J(nSiAs2, CdSnP2, in(JeAs2, CdCJeAs2 и их твердыэ растворы) и на нестандартные (Полупроводники Кейновского типа, InAS, CdSnAs2).
-
Различные значения эффективной массы, определнные из эффекта Фарадея и из'плазменного минимума в образцах InAs, кал удалось теоретически объяснить, с учетом наличия дополнительной подзоны, находящейся не в-центре зоны Бриллюэна (CdSnAs2, InAs).
. 9. Параметры зонной структуры для полупроводников и твердых растворов п-типа и значения эффективной массы плотности состояния для полупроводников -р-типа со стандартной зоной проводимости.
-
Изменение ширины запрещенной зоны твердых растворов либо по линейному закону, либо по сложному нелинейному закону, в зависимости от молярного состава твердых расторов.
-
Явление дихроизма, связанное с кристаллическим расщепле-
ниєм и с правилом отбора при Е//"сйЕасвИК области спектра с точечной группой 42m.
.Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом исследований автора в научной лаборатории кафедры физики полупроводников и диэлектриков Кыргызского государственного национального университета и в лаборатории неравновесных процессов . физико-технического института им. А.Ф.Иоффе на основании договора о содрукестве между этими организациями.
Использованные в диссертации и опубликованные в соавторстве с Ухановым Ю.И., Шмарцевым Ю.В., Прочухановым В.Д. и другими результаты экспериментов были получены совместно при личном участии автора.
Натчное и практическое значение. Оптические и магнитооптические свойства тройных соединений А В С^ и твердых растворов на их основе интересны как для теории, так и для выявления областей практического применения.
Абсолютное значение нелинейной восприимчивости для генерации второй гармоники у многих тройных соединений превышает значение этого параметра для кристаллов, применяющихся на практике (КДП). Вероятным преимуществом тройных соединений этого типа как нелинейных оптических материалов может явиться их-двулуче-преломление, отсутствующее у соединений АН5 и необходимое для выполнения условий синхронизма. Генерация второй гармоники, обнаруженная в тройных соединениях CdSnASp и CdQeP2» уже используется для удвоения частоты излучения.
Обнаруженная оптическая анизотропия, оптическая ширина запрещенной зоны, дихроизм в инфракрасной области спектра и многие другие свойства тройного соединения и твердых растворов на их основе используют для создания согласованной оптоэлектронной пары в оптоэлектронике.
В применении к исследованным тройным соединениям технология . находится еще на предварительной стадии - рассматриваются главным образом вопросы получения кристаллов. Работа по изучению пленок только начинается, но совершенно ясно, что проделанные до сих пор работы создают для этих исследований необходимую базу.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на конференциях и симпозиумах: на У наунс—технической конференции КПИ (Кишинев, 1969); третьем Всесоюзном симпозиуме по полупроводникам сложного состава (Москва, 1969); Всесоюзной
научной конференции по тройным полупроводникам А2В4с| й A^cf. (Кишинев, 1972); I республиканской научной конференции по физике твердого тела (Ош, 1986); Д республиканской научной конференции по физике твердого тела (Ош, 1939).
Результаты работы докладывались на семинарах лабораторий академика В.М.Тучкевича, Н.А.Горюновой физико-технического института им. А.Ф.Иоффе АН СССР г. Ленинграда; на кафедре физика полупроводников и диэлектриков Ленинградского политехнического института; на научной конференции Кыргызского национаїьного университета, на кафедре физики полупроводников и диэлектриков физико-технического факультета.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 20 научных трудах, приведенных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из ввэ--дения, четырех глав и заключения, изложенных на 260 страницах машинописного текста, включает 8S рисунков, 23 таблицы. Библиография содержит 290 наименований.
