Оптическая и квантовая электроника: Методические указания к лабораторным работам № 1-4: Поглощение света в полупроводниках. Статические характеристики оптопар, страница 3

a = B(hv- E_g Е_ФОНОНА)²                                                         (6)

Для непрямых переходов коэффициент пропорциональности В≈100 см^-1эВ^-1/.2 поэтому при hv- E_g=0,01эВ коэффициент поглощения составит не более a≈ 0,01 см^-1, т.е. собственное поглощение для непрямых разрешенных переходов возрастает с увеличением энергии фотонов при  гораздо медленнее чем для прямых переходов.

Знак «+» соответствует непрямому переходу с поглощением фонона, а знак «-» - с испусканием фонона.

Для непрямых переходов поглощение начинается, когда энергия фотона меньше ширины запрещённой зоны полупроводника на энергию фонона hv=E_g -Е_ФОНОНА.

По зависимостям a(hv) и a^1/2(hv) (рис.1.2.) можно определить ширину запрещённой зоны полупроводника и оценить энергию фонона (для непрямозонного полупроводника).

Для прямых разрешенных межзонных переходов коэффициент поглощения обычно достигает 10⁴ – 10⁵ см^-1, а для непрямых переходов он составляет 10^-1 – 10³ см^-1.

3.  Описание лабораторной установки.

В работе непосредственно определяется спектр пропускания образца. Для регистрации спектра пропускания используется установка, схема которой представлена на рис.1.3.

Рис.1.3. Блок-схема лабораторной установки.1 - осветительная система с образцом; 2 - монохроматор ИКС – 31; 3 - фотоприёмное устройство; 4 - селективный усилитель;     5 –компьютер.

Излучение лампы фокусируется на исследуемом образце в 1 и прошедшее через образец излучение поступает на вход монохроматора 2, который обеспечивает разложение излучения в спектр. Излучение регистрируется за выходной щелью монохроматора с помощью фотоприёмного устройства 3, сигнал с которого через селективный усилитель 4 поступает на персональный компьютер 5. При включении развертки монохроматора по длинам волн компьютер регистрирует спектр пропускания образца.

4.  Порядок выполнения работы.

1.  Записать спектр пропускания образца.

Методика записи спектра:

Спектр пропускания образца (GaAs) необходимо записать в диапазоне длин волн от 0,884 мкм до 1,004 мкм. Для определения  длины волны в мкм нужно показания счетчика монохроматора ИКС – 31 разделить на 2500.

При данной градуировке счетчика спектр пропускания необходимо регистрировать в диапазоне от 2210 до 2510 единиц счетчика ИКС – 31 с интервалом в 10 единиц.

а) Сначала необходимо записать нормировочный спектр лампы I_ЛМФ(). Для этого необходимо установить начальную длину волны ИКС – 31 на отметке, соответствующей началу спектрального диапазона. С помощью манипулятора, расположенного на передней панели осветительной системы убрать образец, чтобы луч лампы непосредственно попадал на входную щель монохроматора. Установить на монохроматоре скорость развертки 2.

в) Затем необходимо записать спектр пропускания образца I(). Для записиспектра образца необходимо с помощью манипулятора установить образец таким образом, чтобы световой луч падал перпендикулярно поверхности образца. Повторить процедуру регистрации спектра при тех же режимах и параметрах.

с) Определить истинное значение коэффициента пропускания образца Т():

Т()=I() / I_ЛМФ()                                                            (8)

2.  Построить график спектра пропускания образца Т() на основании полученных данных. Используя соотношение hv(эВ)=1.24/(мкм), построить график Т(hv).

3.  Используя выражения (2) и (4), построить график спектра поглощения a(hv) и график a^1/2(hv). Толщина образца арсенида галлия d = 2.5 мкм.

4.  По графикам a(hv) и a^1/2(hv)  определить ширину запрещённой зоны полупроводника как E_g=( E_g1+ E_g2) /2, где E_g1 и Eg₂ ширина запрещённой зоны полупроводника, определённая из a(hv) и a^1/2(hv), соответственно.

5.  Контрольные вопросы.

1.  Дать определение коэффициента поглощения, в чём измеряется, отчего зависит, как определяется.

2.  Механизмы поглощения света в полупроводниках.

3.  Методика определения коэффициента поглощения материала