Tính chất phát quang của các chất bán dẫn khe hở trực tiếp
Trong một thí nghiệm PL điển hình, chất bán dẫn bị kích thích bởi nguồn sáng cung cấp photon năng lượng lớn hơn năng lượng bandgap. Đèn đến sẽ kích thích một phân cực có thể được mô tả bằng phương trình Bloch bán dẫn. Một khi các photon bị hấp thụ, các điện tử và các lỗ được tạo thành với momentum hữu hạn {\ displaystyle \ mathbf {k}} \ mathbf {k} trong dải dẫn và valence tương ứng. Các kích thích sau đó trải qua năng lượng và động lực đà vào khoảng trống tối thiểu khoảng trống. Các cơ chế điển hình là tán xạ Coulomb và tương tác với phonon. Cuối cùng, các điện tử kết hợp lại với những lỗ phát xạ của photon.
Chất bán dẫn lý tưởng, không có khuyết tật là các hệ thống nhiều cơ thể, nơi các tương tác của các bộ mang tải và rung động rung động phải được xem xét ngoài các khớp nối ánh sáng. Nói chung, tính chất PL cũng rất nhạy với điện trường bên trong và môi trường điện môi (chẳng hạn như trong tinh thể quang tử) làm cho mức độ phức tạp hơn nữa. Một mô tả vi mô chính xác được cung cấp bởi phương trình phát quang bán dẫn .
Lý thuyết lượng tử cũng như cấu trúc
Cơ cấu lượng tử tốt, không có khuyết tật bán dẫn là một hệ thống mô hình hữu ích để minh họa cho các quá trình cơ bản trong các thí nghiệm PL điển hình. Cuộc thảo luận dựa trên các kết quả được công bố ở Klingshirn (2012) và Balkan (1998).
Cấu trúc mô hình hư cấu cho cuộc thảo luận này có hai cặp điện cực quantized điện tử và hai subbands lỗ hổng, e1, e2 và h1, h2. Phổ hấp thụ tuyến tính của cấu trúc thể hiện sự cộng hưởng exciton của các phân tử lượng tử đầu tiên (e1h1) và các phân tử dưới cùng thứ hai (e2, h2), cũng như sự hấp thụ từ các trạng thái liên tục tương ứng và từ hàng rào.
Phơi ảnh bằng ảnh
Nói chung, ba điều kiện kích thích khác nhau được phân biệt: cộng hưởng, bán cộng hưởng, và không cộng hưởng. Đối với kích thích cộng hưởng, năng lượng trung tâm của laser tương ứng với cộng hưởng exciton thấp nhất của giếng lượng tử. Không có hoặc chỉ một lượng không đáng kể năng lượng thừa được bơm vào hệ thống tàu sân bay. Đối với các điều kiện này, các quá trình mạch lạc đóng góp đáng kể vào sự phát xạ tự phát. Sự phân rã của phân cực tạo ra exciton trực tiếp. Sự phát hiện của PL là một thách thức đối với kích thích cộng hưởng bởi vì rất khó phân biệt sự đóng góp từ sự kích thích, tức là tán xạ tia sáng và khuếch tán từ độ gồ ghề bề mặt. Do đó, sự tán xạ Rayleigh đốm và cộng hưởng luôn được đặt chồng lên sự phát xạ không liên tục.
Trong trường hợp kích thích không cộng hưởng, cấu trúc được kích thích với một số năng lượng dư thừa. Đây là tình huống điển hình được sử dụng trong hầu hết các thí nghiệm PL vì năng lượng kích thích có thể được phân biệt bằng quang phổ hoặc bộ lọc quang học. Người ta phải phân biệt kích thích giữa bán cộng hưởng và kích thích rào cản.
Đối với điều kiện bán cộng hưởng, năng lượng của kích thích được điều chỉnh ở trên mặt đất nhưng vẫn thấp hơn biên độ hấp thụ của rào cản, ví dụ, vào liên tục của dải con đầu tiên. Phân rã phân cực cho các điều kiện này nhanh hơn nhiều so với kích thích cộng hưởng và sự đóng góp mạch lạc cho phát xạ tốt lượng tử là không đáng kể. Nhiệt độ ban đầu của hệ thống tàu sân bay cao hơn đáng kể so với nhiệt độ mạng do năng lượng dư thừa của các tàu chở được tiêm. Cuối cùng, chỉ có plasma plasma điện tử ban đầu được tạo ra. Tiếp theo đó là sự hình thành của exciton .
Trong trường hợp sự kích thích của rào cản, sự phân bố tàu sân bay ban đầu trong giếng lượng tử phụ thuộc vào tàu sân bay đang phân tán giữa hàng rào và giếng.