Effet d'un champ magnétique sur les complexes excitoniques dans les semi-conducteurs massifs à symétrie cubique

Magnetic field effect on bound excitons in a bulk cubic semiconductor

• Auteur / Autrice : Francis Dujardin
• Direction : Bernard Stébé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences physiques
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs magnétiques

Excitons

Semiconducteurs

Résumé

Nous étudions l'effet d'un champ magnétique sur le complexe formé par un exciton lié à une impureté neutre de type accepteur. Dans un modèle à deux bandes isotropes, nous calculons les distances interparticules moyennes afin d'apprécier la validité du modèle du pseudo-donneur. En étudiant en perturbation l'effet d'un champ magnetique faible sur le complexe, nous montrons que les deplacements diamagnétiques des raies de l'exciton et de l'exciton lie peuvent être comparables pour certaines valeurs du rapport des masses de l'électron et du trou, en accord avec l'expérience. Dans le cas de champs intenses, nous utilisons la méthode adiabatique en séparant les mouvements dans les directions parallèle et perpendiculaire au champ, alors que pour des champs moyens, nous cherchons la solution directement par la méthode variationnelle. Afin de tenir compte de la structure réelle du cristal, nous construisons l'hamiltonien du complexe par la méthode des invariants, dans le cas d'un semi-conducteur à symétrie cubique, en tenant compte des effets d'échange entre particules et du champ magnétique. Dans le cas de GaAs, nous mettons en evidence les levées de dégénérescence dues à l'effet Zeeman et nous estimons le déplacement des raies provenant des transitions entre les niveaux du complexe et ceux de l'impureté. La comparaison de ces résultats avec des données expérimentales permettrait de confirmer la nature et la structure des complexes impliqués dans les transitions optiques ainsi que d'évaluer les paramètres de bandes du semi-conducteur

We have studied the effect of a magnetic field on an exciton bound to an acceptor impurity atom. In an isotropic two bands model, we have calculated the mean interparticle distances in order to evaluate the validity of the pseudo-donor model. By using a perturbation method for the low field case, we have shown that the diamagnetic shifts of a free exciton and of a neutral impurity bound exciton may be similar for some values of the masses electron to hole ratio, in agreement with experimental data. In the high field limit, we have used an adiabatic method by separating the parallel and perpendicular motions cannot be separated so we have used a variationnal method to solve the problem. In order to take into account the eal structure of the crystal, we have searched the hamiltonian of the impurity bound exciton by using the theory of invariants. We have considered a cubic semiconductor in a magnetic field with exchange interactions between particles. In the case of GaAs, we have estimated the shift of degeneracy of the energy levels of the complex and impurity levels. The comparison between these results and experimental data may be used to confirm the structure of the complexes and to evaluate the band parameters of the semiconductor