spektroskopia023

46

Rys. 20. Widmo absorpcji GaP typu n (n = 10¹⁸ cm^-1) (a); maksimum współczynnika absorpcji odpowiada przejściu między podpasmami pasma przewodnictwa w punkcie X (b). Wzrost absorpcji dla fal dłuższych niż 4 pm jest związany z absorpcją na

swobodnych nośnikach [11]

zaobserwowanie przejść między podpasmami lekkich i ciężkich dziur. Przykład tego rodzaju procesów absorpcyjnych ilustruje rys. 19.

Teoretyczny opis tych procesów opiera się na następujących spostrzeżeniach. Dla k = 0 przejścia są zabronione ze względu na taką samą symetrię pasm, oprócz k = 0 przejścia dipolowe są możliwe. Zakłada się makswellowski rozkład koncentracji dziur.

W zależności od tego, w jakim stopniu uwzględni się nieparaboli-czność, uzyskamy lepszy lub gorszy opis krzywych eksperymentalnych. Przejścia między podpasmami są silnie zależne od temperatury.

W półprzewodnikach typu n można spodziewać się przejść we-wnątrzpasmowych między podpasmami pasma przewodnictwa. Absorpcję tego rodzaju zaobserwowano np. między podpasmami X_t i X₃ w okolicach punktu X strefy Brillouina. Strukturę pasmową GaP w pobliżu tego punktu oraz widmo współczynnika absorpcji odpowiadające takiemu przejściu przedstawiono na rys. 20.

5. PROCESY ABSORPCJI Z UDZIAŁEM EKSCYTONÓW

Elektron w paśmie przewodnictwa i dziura w paśmie walencyjnym utworzone w wyniku absorpcji fali elektromagnetycznej mogą się przyciągać, co prowadzi do powstania związanej pary zwanej eks-cytonem.

Energia ekscytonu jest niższa od sumy energii tworzących go elektronu i dziury. Elektron i dziura w ekscytonie poruszają się z jednakową prędkością zgodnie z warunkiem punktu krytycznego łącznej gęstości stanów

V_kE_c(k) = V_kEM    (5.1)

Procesy absorpcyjne, w których tworzą się ekscytony nie powodują zwiększenia liczby swobodnych nośników. Ekscytony, ponieważ są obojętne elektrycznie, nie przenoszą ładunku. Przenoszą natomiast

energię.

W zależności od siły przyciągania elektronu i dziury w ekscytonie do opisu stosujemy przybliżenie ciasnego lub słabego wiązania. W kryształach jonowych i molekularnych oddziaływanie przyciągające jest bardzo silne, a odległość elektronu i dziury w ekscytonie ogranicza się do jednej lub dwóch komórek elementarnych kryształu. Ten rodzaj ekscytonu, określanego również jako zlokalizowane wzbudzenie atomowe rozchodzące się w krysztale przez oddziaływania międzyatomowe, nosi nazwę ekscytonu Frenkla.

Ścisły opis stanów ekscytonowych wymaga uwzględnienia w modelu teoretycznym efektów wielociałowych.

W większości półprzewodników oddziaływanie kulombowskie jest silnie ekranowane przez elektrony walencyjne, co wynika z tego, że stała dielektryczna materiału jest odpowiednio duża. W rezultacie wiązanie elektronu i dziury staje się słabe. Ten rodzaj ekscytonów nazywamy ekscytonami Wanniera —Motta lub często w uproszczeniu — eks-cytonami Wanniera.

Problem ruchu dwóch oddziałujących ze sobą cząstek można sprowadzić do zagadnienia ruchu jednej cząstki. Ruch ekscytonu