Температурная зависимость спектров оптического отражения монокристаллов CuInSe₂ со структурой халькопирита

В спектрах оптического отражения монокристаллов прямозонного соединения CuInSe₂ при температуре 8.6 К в областях энергии А ~ 1.0409 эВ, В ~ 1.0445 эВ и С ~ 1.2690 эВ обнаружены резонансы свободных экситонов. Установлено, что появление трех резонансов отражения А, В и С обусловлено снятием вырождения с энергетических уровней валентной зоны из-за наличия кристаллического поля и спин-орбитального взаимодействия в тетрагональной решетке CuInSe₂ с Δ_CF ~ 5.4 мэВ и Δ_SO ~ 224 мэВ. По данным измерения температурной зависимости спектров отражения в диапазоне температур 8.6—90 К обнаружено увеличение энергетического положения резонансов свободных экситонов А и В, обусловленное деформацией элементарной ячейки (тетрагональным растяжением) соединения CuInSe₂ со структурой халькопирита. По данным тушения интенсивности экситонных резонансов А ~ 1.0409 эВ и В ~ 1.0445 эВ при увеличении температуры определена энергия связи свободных экситонов — 10.7 и 152 мэВ.

1. M. A. Green, E. D. Dunlop, M. Yoshita, N. Kopidacis, K. Bothe, G. Siefer, X. Xao. Prog. Photovolt. Res. Appl., 31 (2023) 651—653

2. P. J. Jackson, D. Hariskos, R. Wuerz, W. Wishmann, P. Powalla. Phys. Stat. Sol. PRL, 10, N 3 (2016) 583—586

3. M. Nakamura, K. Yamaguchi, Y. Kimoto, Y. Yasaki, T. Kato, H. Sigumoto. IEEE J. Photovolt., 9, N 6 (2019) 1863—1867

4. U. Banik, K. Sasaki, N. Reininghaus, K. Gehrke, M. Vehse, M. Sznajder, T. Sproewitz, C. Agert. Solar Energy Mater. Solar Cells, 209 (2020) 110456(1—8)

5. S. Hamtaei, G. Brammertz, J. Poortmans, B. Vermang. npj Flexible electron., 7, N 1 (2023) 36(1—12)

6. S. Siebentritt, T. P. Weiss. Sci. China-Phys. Mech. Astron., 66, N 1 (2023) 217301(1—15)

7. M. Yamaguchi. J. Appl. Phys., 78, N 3 (1995) 1476—1480

8. A. Jasenek, U. Rau. J. Appl. Phys., 90, N 2 (2001) 650—658

9. M. Yakushev, Y. Feofanov, J. Krustok, M. Grossberg, A. Mudryi. Bull. Russ. Academy Sci.: Physics, 70, N 6 (2006) 913—923

10. M. Imaizumi, T. Sumita, S. Kawakita, K. Aoyama, O. Anzawa, T. Aburaya, T. Hisamatsu, S. Matsuda. Prog. Photovolt. Res. Appl., 13 (2005) 93—102

11. R. D. Tomlinson. Solar Cells, 16 (1986) 17—26

12. P. Deus, H. Neumann, G. Kuhn, B. Hinze. Phys. Status Solidi (a), 80 (1983) 205—209

13. W. Paszkowicz, R. Minikayev, P. Piszora, D. Trots, M. Knapp, T. Wojciechowski, R. Bacewicz. Appl. Phys. A, 116, N 2 (2014) 767—780

14. L. J. Shay, J. H. Wernick. Ternary Chalcopyrite Semiconductors – Growth, Electronic Properties, and Applications, Pergamon, Oxford (1975)

15. J. L. Shay, B. Tell. Surface Science, 37 (1973) 748—762 [16] J. J. Hopfield. J. Phys. Chem. Solids, 15 (1960) 97—107

16. S. Chichibu, T. Mizutani, K. Murakami, T. Shioda, T. Kurafuji, H. Nakanishi, S. Niki, P. J. Fons, A. Yamada. J. Appl. Phys., 83, N 7 (1998) 3678—3689

17. S. Shirakata, H. Miyaki. Phys. Status Solidi (a), 203, N 11 (2006) 2897—2903

18. K. Chatrophorm, P. Yoode, P. Songpongs, K. Chityuttakan, K. Sayavong, S. Wongmanerod, P. Holtz. Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 37 (1998) L269—L271

19. A. V. Mudryi, M. V. Yakushev, R. D. Tomlinson, A. E. Hill, R. D. Pilkingtom, I. V. Bodnar, I. A. Victorov, V. F. Gremenok. Semiconductors, 34, N 5 (2000) 550—554

20. A. V. Mudryi, I. V. Bodnar, I. A. Viktorov, V. F. Gremenok, M. V. Yakushev, R. D. Tomlinson, A. E. Hill, R. D. Pilkington. Appl. Phys. Lett., 77 (2000) 2542—2544

21. A. V. Mudryi, V. F. Gremenok, I. A. Victorov, V. B. Zalesski, F. V. Kurdesov, V. I. Kovalevskii, M. V. Yakushev, R. W. Martin. Thin Solid Films, 431-432 (2003) 193—196

22. M. V. Yakushev, A. V. Rodina, R. P. Seisyan, Yu. E. Kitaev, S. A. Vaganov, M. A. Abdullaev, A. V. Mudryi, T. V. Kuznetsova, C. Faugeras, R. W. Martin. Phys. Rev. B, 100 (2019) 235202(1—7)

23. K. P. Korona, A. Wysmołek, K. Pakuła, R. Stępniewski, J. M. Baranowski, I. Grzegory, B. Łucznik, M. Wroblewski, S. Porowski. Appl. Phys. Lett., 69, N 6 (1996) 788—790

24. F. Luckert, M. V. Yakushev, C. Faugeras, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, R. W. Martin. J. Appl. Phys., 111 (2012) 093507(1—8)

25. M. V. Yakushev, R. W. Martin, A. V. Mudryi. Phys. Status Solidi (c), 6, N 5 (2009) 1082—1085

26. N. Yamamoto, H. Horinaka, K. Okada, T. Miyauchi. Jpn. J. Appl. Phys., 16, N 10 (1977) 1817—1822

27. P. Y. Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Material Properties, Springer Science, Business Media (2010)

28. J. Bhosale, A. K. Ramdas, A. Burger, A. Munoz, A. H. Romero, M. Cardona, R. Lauck, R. K. Kremer. Phys. Rev. B, 86 (2012) 195208(1—10)

29. M. V. Yakushev, F. Luckert, C. Faugeras, A. V. Karotki, A. V. Mudryi, R. W. Martin. Appl. Phys. Lett., 97 (2010) 152110(1—3)

30. M. Leroux, N. Grandjean, B. Beaumont, G. Nataf, F. Semond, J. Massies, P. Gibart. J. Appl. Phys., 86 (1999) 3721—3728