質問: 励起子準位について 半導体で伝導体の直下に励起子準位を作るのはフレンケル励起子かモットワニエ励起子かどちらですか? フレンケル励起子の方が電子とホールの距離が近く、量子化のレベルが大きいので 当たり前のようにフレンケル励起子が作るのだと思っていたら ユーカルドナの半導体の本にはモットワニエ励起子が作ると書かれていました。 しかしなぜそうなるのかについてはほとんど書かれていませんでした。 これはどう考えれば良いのでしょうか? それとホールには重いものと軽いものがありますが それぞれの作る励起子準位は異なるのでしょうか? 大抵一つの励起子準位についてしか議論していないので 単に書いていないだけなのか、影響しないのかどちらなのでしょうか? この2点お願い致します。
回答: > 私の中ではフレンケルかワニエの2種類両方が1つの半導体中に存在するものだと思っていたのですが、ある物質中にはフレンケルかワニエかその中間かどれかしか存在しないということなのですか? はい。 >そしてその大きさが誘電率によって決まるということなのでしょうか? はい。 > a励起子とかb励起子という用語は初めて聞いたのですが、どの書籍に載っていますでしょうか? 単なる名前に過ぎません。cdsとかそこら辺の物質の励起子に関する論文を探してください。ユーカルドナにひょっとして載っていませんか? >> エネルギー的には、gaasのような直接遷移の閃亜鉛鉱型ならば、k=0が励起子吸収に効きますが、重いと軽いは縮退します。 > もう少しかみ砕いてお願い出来ないでしょうか? gaasなどの閃亜鉛鉱型結晶で重い正孔と軽い正孔がどうして存在するかごぞんじですか? ユーカルドナにもgaasのバンド計算の結果が載っていると思います。価電子帯の頂点はk=0にあると思いますが、k=0を少しだけ離れると価電子帯の一番上のバンドは2つ分かれます。 つまり価電子帯の頂上に曲率の異なるバンドが2つあり、k=0では同じエネルギーととるが、そこからずれると分かれるわけです。バンドの曲率は電子(正孔)の質量を与えるので、曲率の小さなバンドが重い正孔になります。(御子柴先生の半導体の本にも易しく書いてある。) ところが(安定な)励起子が観測されるのは、k=0なので、励起子が重い正孔、軽い正孔とできていても、エネルギー的に同じなので、 観測できないのではないかと書いたわけです。 でもウルツ型の半導体では、重い正孔と軽い正孔はk=0でも 充分にエネルギーが分離しているので、それぞれの励起子が観測できるということです。