半导体光学19发光谱

态激子
3.光谱
●反射谱
随着
B,
A5
激子能级产生
塞曼分裂.
●透射谱
随着
B,
A1,2
和
A5 产生塞曼能级
分裂.
S点：ne n0各向同
性点,两种偏振态能
量发生转移,在透射
谱产生一个“谷”.
•nB1 激子能移随 B 变化
激k 子0 极化激元
激子 . ○双光子拉曼 散 射 ,△ 透 射 谱,□反射谱 能级的移动
▲由发光谱导出的三个样品（失谐不同） 的色散
考虑耦合 实验值 不考虑耦合 计算值
Ec.k
Ec.k
No Image
▲说明 ●以上概念针对小m腔模与激子共振成立. ●若腔变宽，腔模频率降低，腔模频率 间隔减小，直至趋近于体模。反之，若 腔变窄，腔模频率增高，可能超过激子 频率。 ●激子相驰豫时间大于
3.发光谱
CdS
扩展态激 子激发
局域态激 子激发
●高能端发光谱与扩展态→局域态跃迁 有关：扩展态激子在运动过程中被非辐 射中心俘获，即发射声子被局域.该局域 激子进一步辐射发光,或进一步达到更低 的局域态. 局域激子能量越低,局域态密 度越小, 局域激子驰豫几率降低. ●高温情况下,即 kBTLElo,大c 部分局域激 子可以热激发到扩展态. 扩展态激子的行
k 其中
k
m d
,
仍满足
ຫໍສະໝຸດ Baidu
//
•kkk/./ 守恒（哈密顿//方向
平移不变）.
E ●真空中色散关系
一维:直线. E m m c ,m k .
二维:圆锥面.
d
3 2
K
//
.
1
meff
k 22
k
固定 :抛物线.
对于抛物线能带，根据 mefc2fm,k//0.
可得
17.1.2 腔极化激元
E d i B a L B B 2 a B 2 ,
其中 a aB2 , 所以抗磁移动Edia随着 n B
增加而增加.CdS中A激子, aB2.8nm,
a21 6 0 eV 2.T
②塞曼能移 ●在 B 0情况下,激子中电子和空穴具有
自旋磁矩,该磁矩在磁场中产生附加能量
Ez2 1geghBB, 其中“+”对于三重态激子. ,“-”对于单
为类似与自由激子,但是由于混晶散射,相 驰豫时间很短.
第16章 外场影响下的激子
16.1磁场 1. 磁场强度划分 ①两个能量单位
电场：激子的里德堡常数
R
* y
,
表示激子的
态密度.
g0E
为
B 0
时态密度.
②三个范围
●弱磁场：
c eBR*y, 即
eB
R*y
1,
磁场视为微扰.
k
●强磁场：
17 从腔极化激元到光子晶体 17.1 腔极化激元 17.1.1 内空的共振腔
k 1维FP共振腔
m2d,orkmd,m1,2,3, FP/m/,
▲垂直入射：纵模满足 nB1
FkP/m/, k k ,m 1 k ,m d .
总透射率→1.
﹡两侧镜面用于提高反射率。 纵模间隔
▲斜射
1.腔中置几个量子阱，位于腔内电磁波
（驻波）波腹上，并且激子的最低频率
与腔模共振,即
1hh激子频率.
EB,EB2, 阱内激子与腔模耦合产生腔极化激元.
2.色散 ▲示意图
无耦合 耦合
与 K 比较，激子色散曲线的曲率 可忽略。
▲发光谱
nd c. 不同的观察
角 对应不 同的
UPB
LPB
发光表示腔极化激元产生。若激发光子 频率比FP频率高得多，则不会出现在FP 频率处辐射。
E B , B 2
●磁致极化激元
B0,产生8个激子支，9个激子极化激元支. •nB2激子能级随 B 变化
n 1 No
B Image
与
E B 2更显著.
激子比较,
●朗道能级观察
T 1. 条件：
问题解决：c选择连2续态激子,即自由电子
空穴对,并且要求谱线线宽小于回旋能量,
即 Es
eR*By1,B10T0!
c
p
V
adEC,V
,
dx
应力产生能移.
Sr锶
（立方晶格）
c
△界面间应力作用强于表面,且仅产生能移.
△体材料中激子能量与界面态以及表面 态激子能量有所不同。
（立方晶格）
晶体生长过程产生形变原因：晶体与基 底晶格常数不同,以及热胀冷缩效应不 同产生位错,降低了对称性,导致lh和hh 能级分裂.
16.2 电场
1.斯达克效应
在静电场 esEaBLT作用下,激子能级发生移动. 2.三维系统
要求 E s
可比,即
产生激子的能移与吸收谱线宽度
E e E s r E s 这样,
160Vm1!～
激子电离,或激子谱线因
碰撞加宽(载流子加速).
Es
作用下,激子频率发生移动,谱线加宽, 峰值降低.
c eBR*y,即
eB
R*y
1,
首先考虑朗道能级,然后考虑库仑能量.
●中等强度磁场：
c
eB
～R
* y
.
1.
2.能级变化
①抗磁移动
●基态激子 nB1,l0角动量为0,因此固 有磁矩为0.但是在磁场作用下,由于电子
和空穴受到洛伦兹力的作用,激子产生角 动量,且正比于 B,方向反平行 B,相应也产 生感应磁矩. ●相应磁矩在磁场中附加能量
3.二维系统 ① nz0 垂直于层面.
●电子和空穴分别移到势阱的一角（能量 低）,激子束缚能减小；
●e,h能量降低；
●能隙减小.
②吸收谱 ●激子红移；
●振子强度减弱；
a ●禁戒跃迁出现（选择定则
失效）.
Es
16.3应力场 1.形变势
其中 是晶格常数.
2.结果 ●应力∥单轴,晶体对称性没有被破坏,只能 产生能移. ●应力⊥单轴,晶体对称性被破坏,产生能级 分裂.