23223 spektroskopia059

118

elektronów do obu dolin i otrzymanie w rezultacie rekombinacji prostej i skośnej (rys. 72). Jednak elektrony szybko ulegają relaksacji do bezwzględnego dna pasma przewodnictwa odpowiadającego przerwie skośnej. Efekt ten oraz silna reabsorpcja powodują duże trudności w obserwacji wysokoenergetycznej emisji. Na rysunku 72 pokazano też, jak poprawka na reabsorpcję obliczona według wzoru (11.14) pozwala zrekonstruować pik emisyjny dla przejść prostych przy 1,5 pm.

118

1.3    1.5    1.7    1.9    2.1

Długość fali [jjm]

Rys. 72. Widmo fotoluminescencji próbki Ge o grubości 13 pm. Linię przerywaną otrzymano po uwzględnieniu poprawki na reabsorpq'ę [37]

Rysunek ma charakter schematyczny. W rzeczywistości intensywność rekombinacji promienistej dla przejścia prostego, o wyższej energii, jest sześć rzędów mniejsza niż dla przejścia skośnego.

Typowe widmo fotoluminescencji półprzewodnika o prostej, szerokiej przerwie energetycznej ilustruje rys. 73. Jest to przykład widma dla próbki GaAs o wysokiej jakości. Dowodzi tego obecność linii swobodnych ekscytonów (FE) oraz ostre linie związanych ekscytonów (D°, X). Linie luminescencji odpowiadające rekombinacji ekscytonu związanego występują dla energii

hco_Bex = E_g-E_cx-E_B    (11.15)

gdzie E_b jest energią wiązania ekscytonu i defektu (donora lub akceptora), która jest rzędu 1/10 energii jonizacji defektu. Rekombinacja ekscytonu związanego może występować z udziałem emisji fononu.

Stosunek intensywności linii bezfononowej do linii z udziałem fononu rośnie wraz ze wzrostem energii wiązania. Przykład widma fotoluminescencji InP z udziałem rekombinacji ekscytonów związanych oraz fononów przedstawia rys. 74. Przejścia widoczne na rysunku odpowiadają: 1 — rekombinacji ekscytonu swobodnego; 2, 3, 4, 5 — rekombinacji ekscytonu związanego bez udziału fononu (2) oraz z udziałem odpowiednio 1, 2, 3 fononów (różnice energii między nimi wynoszą 43 meV, co odpowiada energii fononu LO w InP). Szerokie maksima I i II są związane z rekombinacją par donor-akceptor.

Energia [eV]

817    818    819    820    821    822

Długość fali [nm]

Rys. 73. Widmo fotoluminescencji GaAs w temperaturze 1,7 K wzbudzanej falą o długości 514 nm. FE — przejścia związane ze swobodnym ekscytonem; (D°,X) — przejścia dla ekscytonów związanych z neutralnymi donorami; (D⁺,X) — ekscytony związane ze zjonizowanymi donorami, (D°, h) — rekombinacja dziury i neutralnego donora, (A⁰, X) — ekscyton związany z neutralnym akceptorem, (D°,A^r)_n=2 — wzbudzone stany ekscytonowe (n = 2) [38]