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Abstract

The optical constants of amorphous Ge are determined for the photon energies from 0.08 to 1.6 eV. From 0.08 to 0.5 eV, the absorption is due to k-conserving transitions of holes between the valence bands as in p-type crystals; the spin-orbit splitting is found to be 0.20 and 0.21 eV in non-annealed, and annealed samples respectively. The effective masses of the holes in the three bands are 0.49 m (respectively 0.43 m); 0.04 m, and 0.08 m. An absorption band is observed below the main absorption edge (at 300 °K the maximum of this band is at 0.86 eV); the absorption in this band increases with increasing temperature. This band is considered to be due to excitons bound to neutral acceptors, and these are presumably the same ones that play a decisive role in the transport properties and which are considered to be associated with vacancies. The absorption edge has the form: ω2ϵ2∼(hω−Eg)2 (Eg = 0.88 eV at 300 °K). This suggests that the optical transitions conserve energy but not k vector, and that the densities of states near the band extrema have the same energy-dependence as in crystalline Ge. A simple theory describing this situation is proposed, and comparison of it with the experimental results leads to an estimate of the localization of the conduction-band wavefunctions.

Für amorphes Germanium werden die optischen Konstanten für Photonenenergien von 0,08 bis 1,6 eV bestimmt. Zwischen 0,08 bis 0,5 eV wird die Absorption wie in p-leitenden Kristallen durch Übergänge von Löchern mit k-Erhaltung zwischen den Valenzbändern hervorgerufen. Die Spin-Bahn-Aufspaltung wird zu 0,20 bzw. 0,21 eV in nichtgetemperten bzw. getemperten Proben gefunden. Die effektiven Massen der Löcher in den drei Bändern sind 0,49 m (bzw. 0,43 m); 0,04 m und 0,08 m. Eine Absorptionsbande wird unterhalb der Hauptabsorptionskante beobachtet (bei 300 °K liegt das Maximum dieser Bande bei 0,86 eV). Die Absorption in dieser Bande wächst mit steigender Temperatur an. Es wird angenommen, daß diese Absorptionsbande durch an neutrale Akzeptoren gebundene Exzitonen hervorgerufen wird und daß diese Akzeptoren vermutlich die gleichen sind, die eine entscheidende Rolle bei den Transporteigenschaften spielen. Von diesen nimmt man an, daß sie mit Lücken verbunden sind. Die Absorptionskante ist von der Form: ω2ϵ2∼(hω−Eg)2 (Eg = 0,88 eV bei 300 °K). Dies weist darauf hin, daß die optischen Übergänge zwar die Energie, nicht aber den k-Vektor erhalten und daß die Zustandsdichte in der Nähe der Bandextrema die gleiche Energieabhängigkeit wie in kristallinem Germanium besitzt. Es wird eine einfache Theorie vorgeschlagen, die diese Situation beschreibt. Ein Vergleich dieser Theorie mit den experimentellen Ergebnissen ergibt eine Abschätzung für die Lokalisierung der Leitungsband-Wellenfunktionen.