Spectroscopy of Semiconductors: Numerical Analysis Bridging Quantum Mechanics and Experiments - Softcover
Synopsis
1 Optical Spectral Measurement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Prism to disperse light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Diffraction grating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Fourier transform spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4 Modulation spectroscopy based on Fourier transform . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 A few key notes in spectral measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Introduction to Physics and Optical Properties of Semiconductors . . . 21
2.1 Energy band structure of electron state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Lattice vibration and phonon spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3 Light-matter interaction and optical spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4 Polariton and spectral analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3 Reflection and Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.1 Fresnel's equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2 Reflection and transmission by a thin film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3 Harmonic oscillator model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.4 Kramers-Kronig relationship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.5 Thin film on substrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4 Photoluminescence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.1 Basic photoluminescence theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2 Optical transitions in low-dimensional structures . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.3 Photoluminescence of quantum well . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.4 V-grooved quantum wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.5 Quantum dot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.6 Multiphoton excitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
x Contents
5 Modulation Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.1 Third-derivative modulation spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.2 Photo-modulated reflectance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.3 Thermo-modulation spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.4 Piezo-modulated reflectance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6 Photocurrent Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.1 Basics of quantum we
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