DÉTERMINATION PAR CATHODOLUMINESCENCE, DE LA BANDE INTERDITE DE QUELQUES COMPOSÉS I-III-VI₂ ET II-IV-V₂

Résumé
On a étudié la cathodoluminescence de quelques composés ternaires I-III-VI₂ et II-IV-V₂. On a relevé les spectres pour les deux polarisations (parallèle et perpendiculaire à l'axe optique) à la température ambiante et à celle de l'azote bouillant. L'analyse des spectres par le principe de microréversibilité en considérant le produit A(hν) = I(hν).exp hν/kT (I(hν) représente le spectre de luminescence) conduit à la forme du coefficient d'absorption dans la région voisine de la bande interdite ; cependant, la réabsorption du matériau interdit d'atteindre des valeurs élevées du coefficient d'absorption. Certains composés, déjà étudiés à basse température, sont connus pour avoir une bande interdite directe avec formation d'excitons. La luminescence de AgGaSe₂ et CuGaS₂ répond bien à ce schéma. L'énergie de formation de l'exciton dans AgGaSe₂ est 1,821 eV à 77 K et 1,82 eV à 290 K, ce qui indique que la bande interdite est la même à 77 K et à 290 K. Pour CuGaS₂, l'énergie de formation de l'exciton est 2,501 eV à 77 K et 2,47 eV à 290 K ; en polarisation perpendiculaire à l'axe (E ⊥ c), on observe à 290 K l'exciton du deuxième seuil (Ɖ⁶-Ɖ⁶) vers 2,6 eV. La luminescence de notre échantillon de AgGaS₂ peut être interprétée comme une recombinaison bande à bande et conduit à donner les lois suivantes pour le coefficient d'absorption : α_|| cm^-1 ˜ 2,5 x 10⁵(hν-E_g)^1/2 eV, α_|| cm^-1 ˜ 10⁵(hν-E^g)^3/2 eV. La valeur de E_g à 290 K est 2,66 eV. L'absorption en polarisation perpendiculaire à l'axe se comporte comme si la transition était interdite. La luminescence de nos échantillons de ZnGeAs₂ présente un dichroïsme et s'interprète par des transitions bande à bande. On détermine les valeurs de la bande interdite E_g = 1,18 eV à 77 K et E_g = 1,09 eV à 290 K.

Abstract
The cathodoluminescence of four I-III-VI₂ and II-IV-V₂ ternary compounds has been studied. Spectra have been recorded at room and nitrogen temperatures for both polarizations, parallel and perpendicular to the optical axis. An analysis of the spectra by the detailed balance principle shows that the product A(hν) = I(hν).exp hν/kT (I(hν) is the luminescence intensity spectrum) leads to the shape of the absorption coefficient close to the bandgap. Because of reabsorption, high values of the absorption coefficient cannot be reached. Some of those compounds, already studied at low temperature, are known to exhibit a direct bandgap with exciton formation. The luminescence of AgGaSe₂ and CuGaS₂ fits well that scheme. For AgGaSe₂, the exciton formation energy is 1.821 eV at 77 K and 1.82 eV at 290 K ; this indicates that the bandgap is the same at 77 K and 290 K. The exciton energy in CuGaS₂ is 2.501 eV at 77 K and 2.47 eV at 290 K ; with polarization perpendicular to the axis (E ⊥ c), at 290 K, the second absorption edge (Ɖ₆-Ɖ₆) is observed around 2.6 eV. The luminescence of our AgGaS₂ sample may be explained as a band-to-band recombination. This leads to express the absorption coefficient as follows : α_|| cm^-1 ˜ 2.5 x 10⁵(hν-E_g)^1/2 eV, α_|| cm^-1 ˜ 10⁵(hν-E^g)^3/2 eV. At 290 K, E_g = 2.66 eV. The absorption, for polarization perpendicular to the optical axis, behaves as for a forbidden transition. The luminescence of our ZnGeAs₂ samples exhibits dichroism and is interpreted as a band-to-band recombination. The bandgap has been determined at 77 K, E_g = 1.18 eV, and at 290 K, E_g = 1.09 eV.