高激發密度下發光兩激可結成個子子電穴可凝為電子和穴系成等子，或電穴滴EHD)。激分和子空穴液都從光象研中發的在高發度低條下更易察。3.7.1激子分子的發光（激子分子的發光首次在中被報道,后來證明不是激子分子,而是電子-空穴液滴年對在低溫下紅寶石激光激發晶得到CuCl的發光光譜除了已知的由激子發光線在低能方向出現M線和線發光強度在一范圍內與激密度的平方成正比,因被歸結為激子子的發光

。

此后在、大多數II-VI化合物：CdSe和ZnO等，以III-V半導體中都相繼觀測到激子分子的發光。激子分子總能量等于個激子的能量去激子分子的結合能GmE2[(E*)g

2k2]2M

激子分子發光可以理為其中一個電空穴對復合,剩下一個保持為激子因此，發光的量為一個自激子62

m61m61的能量E減激子分子結能。exm*Lm

22M

其中M為電子和空穴的總有效質量，k為激子波矢。因此激子分子發光能量比自由激子要低一個G。如果伴隨聲子發射，還要減去發射聲子的能量E。對于直接躍遷，與K有關的動能項可以忽略不計。ex激子分子的發光，除了能量較低之外，有一個與激子發光明顯不同的特點，就是

激子分子光的強度隨激發度的提高，線性增大

。這一點常常用來判斷是激子發光還是激子分子發光。設激子的度為，激子發光的光強度In。激子密度一般比于激發強I，即II。ex激子分子由兩個激子合在一起形成，其密度與子密度的方成比例，而其發光強度II。mex圖顯晶體1.8K下的發光光譜弱的汞燈激發下，只察到自激子發[A]及束縛激子的發光I和I線。當使用高強度的脈沖（納秒）N分子激光激發時新M，其強度隨激發強度超線性地增長，因此被指認為激子分子發光意，圖中M線的強度被按比例壓縮。圖在1.8K低下，晶中激子分子的發光63

**假設激子分子的運動遵從麥克斯韋-玻耳茲曼分其動能可用一等效溫度T來描述，激子分子的發光光譜可以表示為IALg

*

1/2m

exp(

*mk

)

其中，E*g

，A為與無關的常數。圖3.7-2表示CuCl發光的M帶以及用(3.7-3)式擬合的結果。可見3.7-3)式適合于激子分子發光過程的描述，同時說明激子分子的熱分布遵從玻耳茲曼統計。從擬合中得到參數T=26K,effCuCl激子分子的結合能G=meV。激子分子的結合能很低，因此關激子m分子發光的實驗必須在低溫下進行。圖CuCl激子分子發譜與線的理論計算實驗溫為4.2K,激發強250mW計中假定子分子動能麥克斯-玻耳茲曼分,等效溫度為26K3.7.2電子空穴滴的發光2.2節中已提到，在低溫和強的激發強度下，電子和空穴可以進一步凝聚成電子—空穴液滴在這種激發態于組成液滴的帶電子和價帶穴之間存強關聯和交作用，使得每對電子和空穴的平均能量更低，它們復合發光的特征峰位出現在激子峰的低能方向

,以理解為電子-空穴液滴具有較低的能隙。g電子液滴最早是從對Ge光現象的研究中被發現的圖3.7-3(a)和(分別表示在和1.7K的低溫和強激發條件下,半導體Ge發光光譜。其中峰位在714的A線聲子伴隨的自由激子(FELA)發光在比A低5的709meV處的B線，為聲子伴隨的電子液滴(EHD的發光,位64

1212于meV的B線為EHD聲子伴隨的復合發光其峰位比同樣低大約5。3.7-3(b)中的FE線消失,可能由于在更低的溫度下，自由激子全部凝結為。而在高能方向出現位于meV的EHD聲子伴線B峰，它也比FE-TA發光峰低。些新的發峰

BB、出現的12條件是

激發密度高臨界密度測量溫度于臨界溫。cc同時這些

發光過程伴隨光電導，因此被為是電子空穴液滴的發光而不是激子激子分子的發。圖3.7-3(a)4.2K下Ge半體的發光譜。其中

A為聲子隨自由激子FELA)

的發光,和分別為LA和1聲子隨的發光。圖3.7-3(b)1.7K半體發光譜由子

A(FELA)線消失，只有電子-空穴液滴的B線B線在較高能量方面出現

聲子伴隨的EHD發光B線265

ff10ff10gL電子空穴液滴的發光作為一個實體曾經被拍攝下來,其大小為級。EHD可以類比為液態金屬。可對定義一個功函數和費米能（圖sf3.7-4用金屬電子氣費米能與電子濃度的關系Ef

23(m*

)

,

可以從電子液滴的濃度n和電子有效質量m*計算E計算的再與EHD發光峰寬度進行比較反過來從發峰寬度得到利用(3.74)式對電子f和空穴的密度進行計算Ge和一系列的實驗n10/cm10/cm量級，理論和實驗能夠較好地符合，說明用液態金屬來模擬電子空穴液滴是合理的。圖在K下,的發光光。發光量714meV為LA伴隨的自激子(FE-LA)發光EHD發光為709meV的寬帶,表示EHD到脫出功由高激發密度的電子氣凝聚為EHD,能量進一步降低導體Ge,激子的結合能為4meV,而EHD的功函數(EHD費米面到自由激子發光峰)僅為meV。因此只有在極低溫的條件下，才能觀察到EHD的發光。圖給出半導體Ge有關自由激子、激子的聲子伴線、以及EHD發光躍遷能帶圖。其中帶間間接躍遷發光能量為E=745718meV;中自由激子結合能為4meV,因此FELA子發光能量為718714除了LA子TA和TO聲子都可能參與自由激子的發光。從的費米面到自由激子基態的結合能為2meV,電子空穴液滴的費米能約為，因此從EHD發光峰到由激子發光峰的間隔為5meV。66

圖3.7-5導