Академия наук республики узбекистан

Таблица 4.1. Энергии (эВ) основных пиков в спектральном распределении мнимой части диэлектрической функции, полученные из ab initio вычислений и найденные экспериментально для , и твердых растворов с различным составом х=0.5 и 0.75.

Переход
	Ab initio	Expt. [106]			Ab initio	Expt [106]
E0		0.898				2.869
E0+Δ0	1,2	1.184	1.40	1.70		2.949
E1	2.05	2.222	2.10	3.399	3.499	3.780
E1+Δ1		2.41			3.775	3.835
E0^’	3.206	3.206	3.299	4.360		4.72
E0^’+Δ0^’		3.39				4.88
E2	4.1	4.49	4.699	4.70	4.790	5.22
E1^’	5.65	5.65	5.50	6.59	6.575	6.8

На зависимости и отчетливо видны два пика Е₁ и Е₂, причем высота пика Е₂ больше, чем у Е₁. Кроме того, высота обоих пиков Е₁ и Е₂ в больше, чем в . По мере добавления молекул в матрицу , высоты пиков претерпевают существенные изменения. Анализ рис. 4.4 показывает, что высота пика Е₁ в почти в два раза меньше, чем у . По мере дальнейшего увеличения содержания молекул , высота этого пика очень слабо убывает. Она почти не меняется при переходе от к . Высота пика Е₂ меняется немонотонно при монотонном возрастании содержания молекул в матрице . Она убывает при возрастании х от 0 до 0.5, а затем возрастает. На зависимости Ge виден слабый пик E₀' при энергии 3.206 эВ. Высота этого пика почти не меняется при возрастании х от 0.0 до 0.5. Однако при более высоких значениях х (0.5<х≤0.75) она убывает и почти не меняется в интервале 0.75<х≤1.0.

В интервале энергий 3-4 eV функция быстро растет до абсолютного максимума Е₂, обусловленного переходами, которые как у всех кристаллов данного типа решетки происходят в широкой области зоны Бриллюэна вблизи границ в направлениях 100 и 100 . Положение максимума Е₂ для данного состава находится в 3.9 эВ и имеет интенсивность около 17.6. Кроме того, при энергиях 4.5 эВ, 5.4 эВ и 6.3 эВ наблюдаются дополнительные плечи. В спектре с составом x=0.75 пик Е₁ находится в области энергий 1.0-3.5 эВ и имеет максимум при 1.57 эВ. Как видно быстро растет в интервале 2.5-3.5 эВ до абсолютного максимума Е₂ и в этой области имеет сложную структуру. Кроме того, этот пик расщеплен на два пика с разными значениями интенсивностей. Сравнивая спектры для разных составов, можно определить, что пики Е₂ состава х=0.75 смещены относительно соответствующего пика для х=0.5 в область высоких энергий.
Анализ спектра на рис. 4.4 показывает, что максимум первого со стороны низкой энергии пика находится при энергии 1.55 эВ, а в области энергий 2.1- 4.5 эВ наблюдается плечо. Соответствующий максимум расположен при 2.95 эВ и при 4.57 эВ наблюдается локальный максимум с меньшей интенсивностью. Анализируя рис. 4.4 (a)-(d), можно наблюдать эволюцию максимумов твердого раствора от x=0 ( ) до x=1 ( ). Этот пик в растворе с составом x=0.5 находится в интервале энергий 2.0-3.0 эВ и имеет максимум при 2.3 эВ с интенсивностью 8.1. Как видно, при x=0.5 основной максимум расщеплен на два пика при 1.55 эВ и 2.95 эВ, второй из которых обусловлен появлением молекул в твердом растворе. При x=0.75 влияние молекул существенно усиливается и плечо, найденное при x=0.5 в области энергий 4.5 эВ, превратится в локальный максимум, обнаруженный в спектре .
В спектральной зависимости коэффициента поглощения (рис. 4.5 а, b, c, d) исследуемого твердого раствора имеются максимумы при 2.0, 3.9, 5.1, 6.2 и 10.0 эВ. Резкий подъем графика наблюдается в интервале энергии 3.0-5.0 эВ. Как видно, фундаментальный край поглощения (E₀) для и соответствует литературным данным. В твердом растворе с x=0.5 положение пика E₀ смещено в длинноволновую область спектра относительно E₀ для и находится около 0.5 эВ (рис.4.5 (b)), т.е. ширина запрещенной зоны полупроводника уменьшается. С ростом x (x=0.75) рассматриваемый пик смещается до 1.3 эВ и его интенсивность становится существенной. Анализ спектра поглощения показывает, что плечи в области 2.0-3.0 эВ для и раствора с x=0.5 соответствуют вышеупомянутому пику E_1. Этот пик в растворе с x=0.75 и в находится в интервале 3.0-4.0 эВ и вполне соответствует литературным данным [107]. Абсолютные максимумы спектров поглощения E₂, наблюдавшиеся в спектрах , наблюдаются и в этом случае. Их положение соответствует положению этих величин в вышеупомянутых спектрах . Сравнивая соответствующие графики твердого раствора, германия и фосфида индия, можно определить, что максимум при 5.1 эВ обусловлен молекулой , а при 6.2 эВ - молекулой ₂.
Из графиков коэффициента отражения (рис. 4.5) твердого раствора с х=0.75 отчетливо видны максимумы при энергиях 1.1, 3.5, 4.5, 6.2 и 10.5 эВ. Сравнительный анализ спектра этого состава показывает, что пики при 3.5 и 5.2 эВ обусловлены молекулой , в то время как при 4.5 и 6.2 эВ - молекулой ₂. В твердом растворе состава х=0.5 пики расположены при 2.0, 3.2, 4.5, 6.9, 7.7 и 8.9 эВ. В этом случае пик в 3.2 эВ обусловлен молекулами , а при 5.9 эВ – молекулой ₂. Надо отметить, что значение данного коэффициента для разных составов твердого раствора во всем интервале энергий отличается незначительно.





Рис.4.6 Cпектральные распределения (a)-(d) рефрактивного индекса и (e)-(h) коэффициента экстинкции для (a), (e) , (b), (f) , (c), (g) и (d), (h) . Проведено сравнение теоретических результатов (сплошные кривые) с экспериментальными данными [103] (точки) для (a), (b) и (d), (h) .
На рис. 4.6 представлены результаты расчетов рефлективного индекса (a, d) и коэффициента экстинкции (e-h) для составов х=0.0, x=0.5, x=0.75, и х=1.0 твердого раствора .
Как видно, теоретически найденные зависимости , для и согласуются с экспериментальными данными. В теоретических спектрах воспроизведены все основные пики, наблюдаемые в экспериментах. Видно, что по мере добавления молекулы в матрицу положения основных пиков рефлективного индекса смещаются в область высоких энергий и при х=1.0 соответствует пикам . Высота этих пиков почти не меняется (рис. 4.6 a-d).
На рис. 4.6 e-h видно что, интенсивности коэффициента экстинкции твердого раствора ниже интенсивностей спектра и . При этом положение пиков почти не меняется, но приобретает сложный характер.
В заключении можно сказать, что по результатам, полученным в настоящей работе для граничных случаев х=1 ( ) и х=0 ( ) избранная модель удовлетворительно описывает оптические свойства исследуемых полупроводников и она может быть основой для дальнейшего исследования свойств тройных полупроводниковых твердых растворов