Связанные экситоны.

Для образования экситона необязательно, чтобы электрон и дырка могли свободно перемещаться по кристаллу. В состав экситона может входить электрон или дырка, локализованные около примесных центров. Такой экситон также будет локализован около примеси и будет называться связанным [194].

Экситон, связанный с ионизованным донором или акцептором, можно представить как дырку, связанную с нейтральным водородоподобным донором, или как электрон, связанный с нейтральным акцептором. Иначе говоря, экситон образуется около донора или акцептора за счет присоединения к примесному центру одной заряженной частицы.

Рис. 27. Спектр фотолюминесценции кристалла легированного кремнием и серой при Реперные линии рубидия обозначены а линии связанных экситонов —

Если к примеси одновременно присоединяются электрон и дырка, то образуется экситон, связанный на нейтральном доноре или акцепторе.

Поскольку связанный экситон не может перемещаться по кристаллу, его кинетическая энергия близка к нулю. Поэтому ширина линий излучения связанных экситонов, как правило, значительно меньше, чем у свободных экситонов.

Основной уровень связанного экситона расположен ниже уровня свободного экситона. Зазор между этими уровнями равен энергии связи экситона с ионизованным или нейтральным примесным центром. Поэтому линии связанных экситонов смещены в длинноволновую часть спектра по отношению к линиям излучения свободных экситонов. Если обозначить энергию ионизации примеси через то энергия связи экситона с примесным центром должна удовлетворять неравенствам [195]

Нижний предел в (8.23) соответствует энергии отрыва электрона от отрицательно заряженного водородоподобного донора, а верхний предел — диссоциации водородоподобной молекулы.

Экспериментально установлено, что в кремнии Это значение укладывается в теоретические пределы (8.23).

В излучении некоторых экситонных комплексов может проявляться тонкая структура, аналогичная вращательной структуре молекулы водорода [194, 496].

Экситонные спектры люминесценции могут иметь весьма сложный вид, если в излучении одновременно проявляется аннигиляция свободных и разнообразных связанных экситонов. На рис. 27 для примера показан спектр экситонной люминесценции кристалла

В реальных кристаллах зависимость энергии разрешенных зон от волнового вектора часто выражается довольно сложной функцией, имеющей несколько максимумов и минимумов. Зоны энергии в различных точках -пространства могут быть вырожденными и расщепленными.

Если валентная зона состоит из трех подзон, то в спектре экситонного излучения наблюдается не одна, а три водородоподобных серии линий, или серии Серия А — наиболее длинноволновая — относится к верхней подзоне валентной зоны, серия В — к средней подзоне, к самой нижней подзоне.

В кристалле CdSe наблюдалось [197] 12 линий А - серии, 12 линий -серии и 2 линии -серии. Теоретически этот вопрос рассматривался в работе [198].