自由激子与束缚激子的复合发光-PL

4.4自由激子与束缚激子的复合发光-PL自由激子（FE）复合直接与间接复合声子伴线激发复合Wannier激子激发与复合示意图CdS声子伴随的激子发光“-”发射声子“+”吸收声子GaN的能带结构晶体场+自旋—轨道耦合价带：EAB=6meV,EBC=37meV,激子结合能EAb=EBb=20meV,Ecb=18meVGaN自由激子(FE)的PLE与PL本征与轻n-掺杂GaN低温下发光谱PL样品1-本征GaN:激子线A-3.488eV;B-3.495,C-3.506eV;FWHM=3meV样品2-n-轻掺杂:只有带边发射宽带。ACPLEEg1.6KPR1234发光强度3.403.453.503.55(eV)PLE-PL激发谱PR-光反射谱PLA:3.472eV，9V-7C,B:3.48150.001eV,7V-7CC:3.493eV，7V-7C,(n=2)样品:本征GaN(Eg=3.504eV)厚膜PLE&PL:Eg,EbA,EbB,EbC自由激子发射与带边发射PL谱GaN的(a)低温下激子发光和(b)室温下带边紫外发光自由激子PL谱：谱线，精细结构；纯度高，结晶质量好带边发射：谱带，无精细结构；升温，掺杂，改变维度(a)(b)束缚激子种类束缚于中性施主D0X束缚于中性受主A0X束缚于离化施主D+X束缚于离化受主A-X束缚于等电子陷阱特点谱线窄化振子强度高束缚能低，温度敏感(低温)束缚激子的复合，PL谱ZnSe晶体10K下自由和束缚激子的发光。材料系用MOVPE(metalorganicvaporphaseepitaxy)方法，原材料为二甲基锌（DMZn）和二甲基硒，上图：普通DMZn；下图：纯化DMZn束缚激子结合能低温下，BX为主升温，BX快速下降本征GaN为n-型，束缚激子为D0X激子结合能与束缚能Haynes经验规则：束缚激子的束缚能与相应杂质离化能之比为常数GaN:a=0.215ZnO薄膜激子自发辐射与受激辐射Normalizedspectratakenat(A)low~66kWcm-2,(B)intermediate~660kWcm-2(C)high~1.32MWcm-2excitationlevels.~Intensitiesareplottedonalinearscale.!Theroom-temperaturedependenceofintegratedoutputintensityonexcitationintensity.Bagnalletal.，Appl.Phys.Lett.,Vol.70,No.17,2231（1997）受激辐射的判据超线性激发强度关系粒子数反转谱线窄化相干性ZnO微晶激子自发辐射与受激辐射Room-temperatureultravioletlaseremissionfromself-assembledZnOmicrocrystallitethinfilmsZ.K.Tang,a)G.K.L.Wong,andP.YuKowloon,HongKong,M.Kawasaki,A.Ohtomo,andH.Koinuma,Y.SegawaAPPLIEDPHYSICSLETTERS,VOLUME72,NUMBER25,(1998)3270激子光谱分析带隙Eg自由激子结合能束缚激子结合能杂质能激级ED,EA(见下文）PhotoluminescenceofGaNgrownbymolecular-beamepitaxyonafreestandingGaNtemplate，M.A.Reshchikov,a)D.Huang,F.Yun,L.He,andH.Morkoc，D.C.Reynolds，S.S.ParkandK.Y.Lee，APPLIEDPHYSICSLETTERSVOLUME79,3779（2001）束缚激子的双电子跃迁(DBE)束缚激子的电子与空穴复合所释放的能量一部分用于发光，另一部分用于对中性施主中另一电子的激发，该过程被称为束缚激子的双电子跃迁束缚激子双电子跃迁：束缚激子中的一个电子与空穴复合发光同时激发杂质中的另一个电子(n=1—>n=2),等于杂质电离能ED的3/4.计算施主能级的电离能采用杂质态的类氢模型DonnerSiDonnerO