Optical properties of gallium-doped Bi2Te3 single crystals

Reflectance and transmittance in the infrared spectral region are determined on Ga-doped Bi2Te3 single crystal samples grown using a modified Bridgman technique; the type of electrical conductivity is found from the polarity of thermopower. The plasma resonance frequency, optical relaxation time, and the high-frequency dielectric constant are determined by fitting the Drude-Zener formulas to the reflectance spectra. It is found that Ga impurities in Bi2Te3 act as donors. This effect is qualitatively explained by interaction of substitutional Ga defects — arising on incorporating of Ga atoms into the Bi2Te3 crystal lattice with anti-site Bi defects and by the formation of Ga interstitial ions. The dependence of the absorption coefficient on the energy of incident photons, as obtained from the transmittance spectra, is discussed. An Bi2Te3-Einkristallen mit Beimengungen von Ga-Atomen, die nach der modifizierten Bridgman-Methode hergestellt wurden, werden Reflexionsvermogen und Transmission im IR-Bereich ermittelt. Aus der Polaritat der Thermospannung wird der elektrische Leitfahigkeitstyp ermittelt. Mit einer numerischen Analyse der Reflexionsspektren werden die Werte der Plasma-Resonanzfrequenz, der optischen Relaxationszeit und der Hochfrequenzdielektrizitatskonstante bestimmt. Es wird gefunden, das Ga-Beimengung im Bi2Te3 Donatoren bilden. Dieser Effekt wird qualitativ entweder durch Wechselwirkung von Substitutionsstorstellen Ga mit den Antistrukturdefekten Bi oder durch Bildung von Ga auf Zwischengitterplatz erklart. Die Abhangigkeit des Absorptionskoeffizienten von der Energie einfallender Photonen wird aus dem Verlauf der Transmission ermittelt und diskutiert.