杂质能级与连续带间的跃迁

4.2杂质与连续带间的跃迁
与杂质有关的光跃迁,除了局限在中心内部的跃迁,还可能有杂质能级与连续带之间的跃迁。这一跃迁在半导体材料中扮演了相当重要的角,参与到光的吸收与发射,载子的俘获与释放,无辐射弛豫等各种过程,对材料的光电特性有重要影响。这一光跃迁所涉及的电子态的初末态,有一个是连续带(通常是导带或价带)中的状态,其波函数用波矢为
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的布洛赫波描述。而另一个态是杂质中心的束缚态,人们关心的主要是处在禁带中的这类状态。显然,这类局域状态没有确定的波矢。图4.2-1中用箭头示出了禁带中的局域能级到导带和价带的各种光跃迁。
这种通过杂质中心的跃迁也是带间激发产生的电子空穴的有效复合途径。
一般来说,杂质能级的状态或波函数依赖于基质-杂质体系的具体情况,相关的光跃迁也同样随系统的不同,而有不同的特点。下面我们主要讨论在半导体材料中起很重要作用的浅杂质中心与能带间的光跃迁。如前所述,对浅杂质能级,可以用有效质量近似,较好的描述其电子态。这对它们与能带间光跃迁的讨论提供了方便。对深能级杂质态与能带间的光跃迁,将在本节最后作一定性的介绍。
拉大剧4.2.1浅杂质中心的光吸收
饰琳琅包括电子从价带吸收光子跃迁到电离施主上和电离受主上的电子到导带的光跃迁。我们以浅施主杂质为例作一具体讨论。假定杂质浓度很低,可以不必考虑杂质间的相互作用。
在有效质量近似下,浅施主的束缚电子态的波函数,可以表示成导带底部的电子态(布洛
赫波)的线性叠加(见附录D):
(4.2-1)
其中
为波函数的包络函数,满足“类氢”薛定谔方程。
为明确起见,我们考虑价带到浅杂质中心基态的光吸收。以价带顶(假定位于
)为能量零点,浅杂质基态的能量等于
,其中
为浅杂质基态束缚能。价带的电子波函数就是具有布洛赫波形式的单电子态,对各向同性抛物线型能带,波矢为
的价带电子态能量为
(或波矢为
的价带空穴相对价带顶的能量为
氘气
)。
从价带的
态到浅杂质态的能量间隔为
涿州市财政局,等于所吸收光子的能量。对这确定的跃迁,知道了初末态波函数,原则上就可计算价带波矢为2009年10月1日

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