发光学-半导体发光与光谱技术.pptVIP

* 6.激子复合发光：电子-空穴对，自由激子--自由电子、自由空穴可自由运动，空穴带正电，电子带负电，象氢原子一样在半导体中运动。 二、半导体激发态过程 C V 深能级 受主能级 施主能级 4 2 9 7 6 5 4 3 1 8 . 。 。 。 。 。 。 。 . . . . . . . e-A D-A D-h e-h e-h 声 子 参 与 e-D+ 居域态 h-A- 1 复合发光： 1.带间复合发光(包括声子参与) 2.施主—价带空穴（束缚—自由跃迁） 3.导带电子—受主空穴（自由束缚） 4.深中心发光 5.施主受主对发光 7.束缚激子复合发光：激子被束缚在陷阱和杂质附近运动。 8.多声子发射，无辐射复合。 导带电子失去的能量可以变成多个声子，使样品变热，这个过程称为多声子跃迁。 * 压力效应 流体静压力是只引起晶体体积压缩而不改变其对称性的各向同性压应力。它对半导体能带结构及光吸收边行为的影响是通过晶格常数的变化来实现的。随着压力的增加和晶格常数的压缩，半导体导带和价带的电子波函数间的交叠混和情况随之改变，能带边缘在k空间的相对位置及不同能谷间的能量差也可发生变化。 流体静压力 * * 单轴应力引起晶体对称性的改变，从而引起能带结构及相应性质的改变，尤其是应力可以消除某些能带态的简并，因此显著影响半导体光吸收行为。应力实验还被用来判定能带结构的对称性和测定畸变势。 单轴应力 * 温度效应 温度对半导体禁带宽度(带间光跃迁吸收边能量位置)的影响，可以通过两种不同的物理过程来实现： 1、带隙与温度的关系 （1）热膨胀效应：温度导致晶格常数变化引起的能带结构的变化或能带边缘的移动。 （2）温度引起的晶格振动状态的变化，即声子激发状态的变化，从而导致电子—声子偶合及其对能带微扰程度的变化。 即电子—晶格互作用(或所谓电子—声子散射)效应。 * 其中第一项表示由布居引起的非均匀性线宽。第二项表示由形变势引起的激子与声学声子散射。ΓLA表示激子与声学声子的耦合强度。第三项，表示激子与LO声子相互作用引起的线宽，最后一项表示激子与离化的杂质散射引起的线宽。E是施主束缚能。 2、发光线宽与温度的关系 * 3、发光强度与温度的关系 发光强度随温度升高逐渐减弱，主要是由于激子的热离化和无辐射复合的遂穿过程。该热猝灭过程是由于较高的激活能导致的发光强度变化。 * 价带劈裂 自旋—轨道相互作用 轻空穴 重空穴 1、带内亚结构间的光跃迁（ p型半导体价带子带间） 由于自旋-轨道相互作用，大多数半导体的价带分裂成三支。 V1重空穴、V2轻空穴、 V3自旋—轨道，其中V1、V2支则在布里渊区原点仍然简并，但V3支则因自旋—轨道互作用而压低了，组成半导体的元素的原子量越大，这种分裂也愈大。 * 激子离解为自由电子和空穴所需要的能量。 温度升高 激子 自由电子和空穴 激子结合能的大小 激子定义： 激子结合能： 中性的 电子—空穴库仑互作用 互相束缚成一个整体 束缚电子激发态 绕着质心运动 不导电的 * 1. 能量略低带隙（激子结合能）。2. 无光电导（在固体中运动传播能量和动量，但不传播电荷，因而不伴随光电导） 。3. 能量量子化（一系列分立的能级）。 激子的特点： 电子和空穴波函数的扩展范围（电子和空穴相距）远小于晶格常数。激子半径小，又叫紧束缚激子。 Frenkel 激子 电子和空穴波函数的扩展范围（电子和空穴相距）远大于晶格常数，激子的波函数可扩展到上百上千个元胞。电子和空穴间库仑作用较弱，激子半径较大。又叫松束缚激子。 　 Wannier激子 * 图3-35 瓦尼尔激子能级及光学跃迁示意图 万尼尔激子能级结构 (n = 1, 2, 3, … ) * 如果将施主和受主杂质同时掺入同一块半导体，由于正负电荷的静电库仑作用束缚在一起，形成近邻和较近邻的对（一种新的状态），施主和受主各自的定域能级都消失掉，对能带微扰也不再是一种电荷，而是一个偶极势场，这种施主和受主形成的联合中心称为施主-受主对。 施主-受主对发光 * 在短波侧可能出现分立的线谱，在长波侧形成带谱。 施主-受主对内电子跃迁能量： 施主-受主对发光 二、浅施主-受主对复合发光及其特征 r比较小时，DAP复合的几率大；r比较大时，DAP复合发光的几率以指数形式迅速降低。 D