spektroskopia061

122

diagram konfiguracyjny, na którym przedstawiono energię układu w różnych stanach elektronowych w funkcji współrzędnej Q, reprezentującej lokalną deformację sieci (rys. 76). Krzywe na tym rysunku ilustrują zależność energii od Q w stanie podstawowym i wzbudzonym.

Minima tych zależności znajdują się w różnym położeniu.

Wzbudzenie elektronu domieszki przez proces absorpcyjny AB prowadzi do deformacji układu, który następnie relaksuje emitując fonon, a elektron przechodzi do stanu C. Proces emisji odbywa się na drodze CD, a układ, aby powrócić do pierwotnego stanu równowagi A emituje kolejny fonon. Różnica energii procesów E_AB—E_CD nosi nazwę przesunięcia Francka —Condona, albo przesunięcia stokesows-kiego związanego z przemieszczeniem atomów pod wpływem wzbudzenia optycznego. Energia Eca, będąca różnicą energii stanów równowagi, jest równa energii termicznej aktywacji domieszki. Model diagramu konfiguracyjnego opiera się na tym, że wszystkie przejścia elektronowe są o kilka rzędów szybsze od przejść z udziałem fononów. Oznacza to, że w czasie przejścia elektronowego atom „nie zdąży” zmienić swojego położenia. Dlatego też jedynie pionowe przejścia są dozwolone na diagramie konfiguracyjnym.

12. PODSTAWOWE PRZEJŚCIA OPTYCZNE W STRUKTURACH NISKOWYMIAROWYCH

Specjalną rolę odgrywają metody optyczne w badaniach niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych. Jest to popularna nazwa supercienkich heterostruktur o bardzo dokładnie kontrolowanym składzie chemicznym, jednorodności i grubości Struktury takie otrzymuje się za pomocą zaawansowanych technologii takich jak epitaksja z wiązek molekularnych (MBE), czy rozkład związków metalorgani-cznych (MOCVD). Wytwarzanie polega na sekwencyjnym nanoszeniu warstw o różnym składzie i domieszkowaniu.

Struktury takie mają bardzo ciekawe właściwości fizyczne, często różne od objętościowych parametrów tworzących je materiałów. Mają też coraz szersze zastosowania, zwłaszcza w optoelektronice (diody, lasery, detektory), dlatego zainteresowanie nimi jest w pełni zrozumiałe.

Najprostszą strukturą jest cienka warstwa materiału o przerwie mniejszej, np. GaAs, umieszczona między warstwami materiału o przerwie większej, np. AlGaAs. Wybór tych materiałów wynika z tego, że mają dobre dopasowanie sieci krystalicznych, a technologia ich otrzymywania jest dobrze opanowana. Różnica przerw energetycznych tych związków wywołuje nieciągłość pasm energetycznych (rys. 77). Jeżeli grubość warstwy L jest mniejsza niż 50 nm, czyli bliska długości fali de Broglie’a dla elektronów, elektrony i dziury stają się przestrzennie ograniczone, a ich ruch jest swobodny jedynie w płaszczyźnie. Ograniczenie ruchu w kierunku prostopadłym do warstwy z odpowiada powstaniu jednowymiarowej studni kwantowej. Stany energetyczne w takiej studni są opisane zależnością

(12.1)

W kierunku z stany energetyczne są skwantowane

(12.2)