带-杂质中心之间跃迁.ppt

* * 5.3 带-杂质中心之间的跃迁 施主和受主杂质中心的能量状态 施主和受主杂质中心的红外吸收 带-施主（受主）中心的复合发光 施主和受主杂质中心的能量状态 半导体掺杂 n-Si(Ge) N, P, As, Sb, Bi等 p-Si(Ge) B, Al, Ga, In等 在禁带中形成施主或受主能级，电离能~emV C V D A ED EA 电子（或空穴）在杂质中心附近受到库仑势 其中 r 为电子或空穴的位置坐标 采用弱束缚近似方法-类氢原子模型 解薛定谔方程，可得杂质能级（分别以导带底或价带顶为0点） 其中R*为杂质态得里德伯常数 其中m*为电子或空穴德有效质量. Wannier激子？ 杂质中心上的电子（空穴）的等效半径为 其中 aB=0.53x10-8cm,为氢原子波尔半径 例如 GaAs：r1*=90.9x10-8cm (半导体: Si : r1*=20x10-8cm ?大,m*/m0小) Ge : r1*=45x10-8cm 注意有效质量的各向异性！ 施主和受主杂质中心的红外吸收 (a)和(b)：中性施主(受主)与导(价)带间的跃迁-浅跃迁 (c)和(d)：离化施主(受主)与价(导)带间的跃迁-深跃迁 eV 单晶Si受主杂质浅跃迁吸收谱 吸收峰位位于红外区 与带间吸收不同，吸收强度随光子强度增加而下降 吸收系数~几十个cm-1,低温下观察。 吸收（相对值） Ei Ei D0 A0 InSb中杂质中心到带间的深跃迁吸收谱 T=10K， Zn或Cd 在吸收边低能方向，台阶结构 Ei Ei D+ A- 带-施主（受主）中心的复合发光 (a)和(b)：浅跃迁-导带电子(价带空穴)到电离施主(受主)间 的跃迁，e→D+, A-→h , 面临发射声子的竞争 (c)和(d)：深跃迁-中性施主与价带或导带与中性受主间的 跃迁，D0→h, e→A0，面临带间复合的竞争 5.4 施主-受主对联合中心 的吸收与发光 施主-受主对的能量状态 施主-受主对的吸收与发光光谱 施主-受主对的能量状态 考虑施主和受主杂质同时掺入的情况： 施主-受主对联合中心：D+可能俘获一个电子，A-可能俘获一个空穴，形成D+A-eh或D+A-X中心，简称施主-受主对（D-A对） 施主-受主对联合中心相当于束缚在D-A对上的一个束缚激子。 ND/NA 1 部分补偿 ND/NA = 1 全补偿 ND/NA 1 过补偿 受主态会被部分的占据，而施主态会部分的空出，形成D+A-自补偿态。 其初态能量: 其终态能量: (其中EA和ED分别代表受主和施主的电离能，r 表示D-A之间的距离) 弱束缚情况下光跃迁的能量条件： 其中 ??(∞) 表示r?∞时D-A对吸收和发射的光子能量。 r ED EA ?? C V ED+EA r ?? Eg 施主-受主对的吸收与发光光谱 施主-受主对的吸收光谱 锐线系结构？ 由上述公式可得施主-受主对的吸收与发光光谱特点： (1)锐线系(高能边) 较小r 的D-A对的贡献 (2)带谱(低能边) 较大r 的D-A对的贡献 * *