Abstract
Undoped and Co-doped $ZnIn_2Se_4$ single crystals crystallized in the tetragonal space group 142m, with lattice constants a=5.748 $\AA$ and c=11.475 $\AA$, and a=5.567 $\AA$ and c=11.401 $\AA$. The optical absorption measured near the fundamental band edge showed that the optical energy band structure of these compounds had an indirect band gap, the direct and the indirect energy gaps of these compounds decreased as temperature changed from 10 to 300 K. The temperature coefficients of the direct energy gaps were found to be $\alpha=3.71\times10^{-4}$eV/K and $\beta$=519 K for $\alpha=3.71\times10^{-4}$eV/K and $\beta$=421K for $ZnIn_2Se_4$: Co. The temperature coefficients of the indirect energy gaps were also found to be $\alpha=2.31\times10^{-4}$ eV/K and $\beta$=285 K for $ZnIn_2Se_4$, and $\alpha=3.71\times10^{-4}$eV/K and $\beta$=609 K for $ZnIn_2Se_4$:Co, respectively. Six impurity optical absorption peaks due to cobalt are observed in $ZnIn_2Se_4$:Co single crystal. These impurity optical absorption peaks can be attibuted to the electronic transitions between the split energy levels of$CO^{2+}$ ions located at Td symmetry site of $ZnIn_2Se_4$ host lattice. The 1st order spin-orbit coupling constant ($\lambda$), Racah parameter (B), and crystal field parameter (Dq) ARE GIVEN AS -$243\textrm{cm}^{-1}, 587\textrm{cm}^{-1}, \;and\;327\textrm{cm}^{-1}$, respectively.
$ZnIn_2Se_4$ 및 $ZnIn_2Se_4$:Co 단결정을 합성된 ingot를 사용하여 수직 Bridgman 방법으 로 성장시키고, 성장된 단결정의 결정구조와 광학적 특성을 연구하였다. 성장된 단결정은 공 간군이 142m인 사방정계구조를 가지고 있다. 기초 흡수단 영역에서의 광흡수 spectra측정으 로부터 이 단결정들은 간접전이형 에너지띠 구조를 갖고 있으며, 이 화합물 반도체의 직접 전이형 및 간접전이형 에너지 간격은 10K에서 300K로 측정 온도를 변화시킬 때 감소하였 다. 직접전이 energy gap의 온도계수는 $ZnIn_2Se_4$ 단결정의 경우는 $\alpha=3.57\times10^{-4}$eV/K, $\beta$ =519K이고, $ZnIn_2Se_4$:Co 단결정의 경우는 $\alpha=2.79\times10^{-4}$eV/K 및 $\beta$=421K로 각각 주어졌다. 또한 간접전이 energy gap의 온도계수는 ZnIn2Se4 단결정의 경우는 $\alpha=2.31\times10^{-4}$eV/K 및 $\beta$=285K이며, $ZnIn_2Se_4$:Co 단결정의 경우는 $\alpha=3.71\times10^{-4}$eV:K와 $\beta$=609K이였다. $ZnIn_2Se_4$:Co 단결정에서 cobalt 불순물에 기인한 6개의 불순물 광흡수 peak가 나타났다. 이 들 불순물 광흡수 peak들은 불순물로 첨가된 cobalt가 모체별정의 $T_d$ symmetry site에 $CO^{2+}$ion으로 위치하고, $CO^{2+}$ion의 분리된 전자에너지 준위들 사이의 전자전이에 의해 나타난 peak들로 해석된다.