spektroskopia025

50

Współczynnik absorpcji dla stanów ekscytonowych jest proporcjonalny do wyrażenia

(5.3)

or

11

Rys. 22. Porównanie widma absorpcji w pobliżu prostej przerwy energetycznej przy uwzględnieniu efektów ekscytonowych (ostre linie oznaczone 1,2,3) oraz z pominięciem efektów ekscytonowych (linia przerywana). Dodatkowo przedstawiono podstawowe przejście ekscytonowe dla n = 1 z uwzględnieniem poszerzenia oraz przejściami do stanów swobodnych dziury i elektronu

Zatem w widmie absorpcji wystąpi seria dyskretnych linii. Uwzględnienie efektów poszerzenia prowadzi do zależności przedstawionej na rys. 22. Jeżeli parametr poszerzenia r staje się porównywalny z energią wiązania ekscytonu R_ex, to linie te przestają być widoczne. Przyczyną poszerzenia jest np. oddziaływanie ekscytonów z fononami. Dlatego obserwacja linii ekscytonowych wymaga niskich temperatur, gdy kT< R_ex; zazwyczaj są to temperatury bliskie temperaturze ciekłego helu (4,2 K). Przykład absorpcji ekscytonowej w GaAs przedstawia rys. 23.

Rys. 23. Widmo absorpcji ekscytonowej GaAs w pobliżu przerwy energetycznej dla kilku temperatur próbki. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie przerwy energetycznej głównie z powodu termicznego rozszerzenia sieci. Ostre maksima widoczne w niskich temperaturach są związane z tworzeniem ekscytonów. Linie ciągle odpowiadają zależności teoretycznej dla modelu uwzględniającego swobodny elektron i dziurę (a), [12]. Widmo absorpcji bardzo czystej próbki GaAs w temperaturze 4,2 K — widoczne są przejścia ekscytonowe z n = 1, 2, 3 (b). (Linia D°—X oznacza przejścia związane z neutralnym donorem) [13]