テルル化カドミウム(CdTe)へのHe-Cdレーザー浸入深さの計算について

質問

今、CdTeに関する研究を行っております。
質問内容は、CdTeサンプルへのレーザーの浸入長を知りたくて質問させていただきました。
詳細情報として、
サファイア基板上のCdTeの膜厚をKとして、
レーザー光源としてはHe-Cdレーザー(325nm)を使用した場合はどうなるのでしょうか？間接遷移型の場合(GaN)の場合は読ませていただいたのですが直接遷移型(CdTe)の場合がわかりません。
もしご上記の事を存知の方がおられましたら、教えていただきますでしょうか。また、もし参考にされた文献などがございましたら教えて頂けますでしょうか。よろしくお願い致します。

回答No.2

leo-ultra · ベストアンサー

ちょっと参照しているIoffe研究所のwebサイトが見れないのですが、
筋道は正しいと思います。

直接遷移も間接遷移も関係ないと思います。
（ところでGaNって直接遷移じゃないですか？）

どっちにしろ、吸収係数と反射率が分かれば求められます。

ただし、　I = I0*( 1 - R )*exp( -α*d )という式は
必ずしも常には正しくありません。この式は試料裏面での反射の効果を無視しています。つまり裏面での反射の効果が無視できる程度に吸収が強いか試料の厚さがある場合に成立する式です。まあ、HeCdレーザーの波長ならば、GaNもCdTeも充分吸収が強いでしょう。

お礼

[1]　GaNの吸収係数　​http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/figs/muth971.gif
[2]　GaNの反射率http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/figs/dingle711.gif
[3]　GaNの物性データ
http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/

お礼が遅くなりました。申し訳ありません。
CdTeの吸収率、反射率がわかればすべて解決することがわかりました。
（今のところ吸収率が判らないですが…汗）
今現在は吸収係数はGaNみたいに図を探しているところです。これが見つかれば全て解決することが出来そうです。
どうもありがとうございました。

回答No.1

leo-ultra

> レーザー光源としてはHe-Cdレーザー(325nm)を使用した場合はどうなるのでしょうか？間接遷移型の場合(GaN)の場合は読ませていただいたのですが直接遷移型(CdTe)の場合がわかりません。

補足要求：間接遷移の場合はわかるということですか？
それならば間接遷移の場合についてのレーザー侵入長の求め方を
書いていただけないでしょうか？

補足

Wurtzite構造のGaNの吸収係数は資料 [1] に出ています。
波長 325nm のHeCdレーザ光なら、横軸の光子エネルギーは 3.815eV に相当します。その波長での吸収係数は 119×10^3 [1/cm] になります。吸収係数が α [1/cm] の物質中での光強度 I は
　　　I = I0*( 1 - R )*exp( -α*d )
で表わされます。I0 は入射光の強度 [ 単位は任意]、R は表面での反射率 [ 0～1 ]、d は表面からの深さ [cm] です。R の値は、資料 [2] にあるように、入射光の偏光方向（GaNのc軸と電解ベクトルEが垂直か平行か）によって若干異なりますが、 3.815eV の光に対しては R ≒ 0.13 です。

浸入深さというのは物質中での光強度 I が I0/e （ e = 2.718・・) になる深さです（侵入深さ d = 吸収係数 a の逆数 というのは R = 0 の場合です）。したがって、浸入深さを d0 [cm] とすれば
　　　1/e = I/I0 = ( 1 - R )*exp( -α*d0 )
　　　→ d0 = { 1 + ln( 1 - R ) }/α
となります。R = 0.13、α = 119×10^3 を代入すれば
　　　d0 = 7.2×10^(-6) cm = 0.072 μm = 72 nm
です。 R = 0 の場合は d0 = 82 nm なので、反射率を考慮してもしなくても浸入深さはあまり変わりません。つまり、HeCdレーザで励起した場合には表面から 100nm 程度の深さまで励起光が届きます。厳密にはPL光も膜中で吸収され、深いところから出たPL光ほど大きく減衰しますから、観測されるPLスペクトルは、上で求めた浸入深さより浅い領域からの情報になります。GaNの他の物性データは [3] に出ています。

[1]　GaNの吸収係数　​http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/figs/muth971.gif​
[2]　GaNの反射率　​http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/figs/dingle711.gif​
[3]　GaNの物性データ　​http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/​これがGaNのHe-Cdレーザによる進入長の求め方です。
※inara1様の回答をコピーさせていただきました。

しかし、他の質問者を見てみると直接遷移と間接遷移では求め方が違うような書き方なので直接遷移の場合を質問させていただきました。

これを見る限りCdTeの吸収係数、反射率がわかれば侵入長がわかるような気がするのですがどうでしょうか？