带-杂质中心之间的跃迁

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1、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1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~emVCVDAEDEA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2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

2、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！3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4eV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）E

3、iEiD0A05InSb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EiEiD+A-6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75.4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8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

4、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)9弱束缚情况下光跃迁的能量条件：其中ħ(∞)表示r∞时D-A对吸收和发射的光子能量。rEDEAħCVED+EArħEg10施主-受主对的吸收与发光光谱施

5、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11施主-受主对的发光光谱锐线系带谱发光低能截止边发光高能截止边杂质替代格位的确立D-A对发光强度激发密度提高，发光蓝移时间分辨光谱，时间延迟，发光红移晶体GaP在1.6K下的光致发光光谱.在高能边出现孤立D-A对发光线,在低能端出现D-A对边缘发射谱带施主电子受主空穴12