7高激發(fā)密度下的發(fā)光

1、03.7高激發(fā)密度下的發(fā)光高激發(fā)密度下的發(fā)光兩個激子可能結(jié)合成一個激子分子；兩個激子可能結(jié)合成一個激子分子；電子電子?空穴對可能凝聚為由電子子系和空穴子系組成的等離子體，空穴對可能凝聚為由電子子系和空穴子系組成的等離子體，或電子電子?空穴液滴空穴液滴(EHD)。激子分子和電子激子分子和電子?空穴液滴都是從發(fā)光現(xiàn)象的研究中被發(fā)現(xiàn)的。在空穴液滴都是從發(fā)光現(xiàn)象的研究中被發(fā)現(xiàn)的。在高激發(fā)密度和低溫條件下，更容易觀察到。高激發(fā)密度和低溫條件下，更

2、容易觀察到。3.7.1激子分子的發(fā)光激子分子的發(fā)光（激子分子的發(fā)光首次在Si中被報道后來證明不是激子分子而是電子空穴液滴。）激子分子的發(fā)現(xiàn)，歸之于1968年對CuCl發(fā)光的研究。在低溫下用紅寶石激光器激發(fā)在低溫下用紅寶石激光器激發(fā)CuCl單晶單晶得到得到CuCl的發(fā)光光譜，除了已知的自由激子發(fā)光線外發(fā)光光譜，除了已知的自由激子發(fā)光線外在低能方向出現(xiàn)在低能方向出現(xiàn)M線和線和N線其發(fā)光強度在一定范圍內(nèi)與激發(fā)密度的平方其發(fā)光強度在一定范圍內(nèi)與

3、激發(fā)密度的平方成正比成正比因此被歸結(jié)為激子分子的發(fā)光因此被歸結(jié)為激子分子的發(fā)光。此后在CuBr、大多數(shù)IIVI化合物：CdS、CdSe和ZnO等，以及IIIV半導(dǎo)體GaAs中都相繼觀測到激子分子的發(fā)光。激子分子的總能量等于兩個激子的能量減去激子分子激子分子的總能量等于兩個激子的能量減去激子分子的結(jié)合能的結(jié)合能Gm(3.71)2222[()]2exmexmgmkEEGERGM???????激子分子的發(fā)光可以理解為其中一個電子激子分子的發(fā)光

4、可以理解為其中一個電子空穴對復(fù)合空穴對復(fù)合剩下一個仍保持為激子。因此，發(fā)光的能量為一個自由激剩下一個仍保持為激子。因此，發(fā)光的能量為一個自由激2假設(shè)激子分子的運動遵從麥克斯韋玻耳茲曼分布其動能可用一等效溫度Teff來描述，激子分子的發(fā)光光譜可以表示為(3.73)12()()exp()gmLgmBeffERGIAERGkT?????????????其中，，A為與?無關(guān)的常數(shù)。圖3.72表示CuCl發(fā)光的MgmERG?????帶以及用(3.

5、73)式擬合的結(jié)果。可見(3.73)式適合于激子分子發(fā)光過程的描述，同時說明激子分子的熱分布遵從玻耳茲曼統(tǒng)計。從擬合中得到參數(shù)Teff=26KCuCl激子分子的結(jié)合能Gm=30meV。激子分子的結(jié)合能很低，因此有關(guān)激子分子發(fā)光的實驗必須在低溫下進行。3.7.2電子電子空穴液滴的發(fā)光空穴液滴的發(fā)光2.2節(jié)中已提到，在低溫和強的激發(fā)強度下，電子和空穴可以進一步凝聚成電子—空穴液滴。在這種激發(fā)態(tài)，由于組成液滴的導(dǎo)帶電子和價由于組成液滴的導(dǎo)帶電

6、子和價帶空穴之間存在強關(guān)聯(lián)和交換作用，使得每對電子和空穴帶空穴之間存在強關(guān)聯(lián)和交換作用，使得每對電子和空穴的平均能量更低，它們復(fù)合發(fā)光的特征峰位出現(xiàn)在激子峰的平均能量更低，它們復(fù)合發(fā)光的特征峰位出現(xiàn)在激子峰的低能方向的低能方向可以理解為電子空穴液滴具有較低的能隙Eg。電子?空穴液滴最早是從對Ge發(fā)光現(xiàn)象的研究中被發(fā)現(xiàn)的。圖3.73(a)和(b)分別表示在4.2K和1.7K的極低溫和強激發(fā)條件下半導(dǎo)體Ge的發(fā)光光譜。圖3.72CuCl激子