Changes of the excitonic optical properties of CdS introduced by an electron beam

The energy shifts of light reflectance extrema in the region of exciton resonances are studied taking into account the transitional layers, spatial dispersion (SD), and damping. The values and directions of the shifts of the extrema are determined depending on the round-trip phase delay in the transitional layer. It is found that in the phase interval nn 5 0 < nn + n/4 ( n = 0, 1, . . .) the long-wave shift of the maximum is dominant while in the interval nn + n/4 < 0 5 nn + n/2 mainly a short-wave shift of the minimum occurs. The comparative roles of SD and damping are discussed. The equivalence of the mechanisms of SD and of damping effects on the frequency shift is established; the first one playing a more important role. Theoretical results agree with the available experimental data. Corresponding estimates for CdS, GaAs, and LiH crystals are made Die Abhangigkeit der Energieverschiebung der Lichtreflexion im Spektralbereich der Exzitonresonanzen unter Berucksichtigung der Ubergangsschichten, der Dampfung und raumlicher Dispersion wird untersucht. In Abhangigkeit von dem Runduberlauf der Phasenfortpflanzung wird die GroDe und Verschiebungsrichtung der Reflexionsextrema bestimmt. Es wird eine dominierende Maximumverschiebung zur langwelligen Seite des Spektrums bei einer Phasenverschiebung im Bereich nn 5 0 < nn + n/4 ( n = 0, 1, ...) beobachtet und eine Minimumverschiebung im Bereich nn + n/4 < B 2 nn + n/2 zur kurzwelligen Seite des .Spektrums. Die korrelative Rolle der raumlichen Dispersion und Dampfung wird besprochen. Eine Aquivalenz der Mechanismen von Dampfung und raumlicher Dispersion bezuglich der Frequenzverschiebungen wird gefunden, wobei die Dampfung eine grol3ere Rolle spielt. Die theoretischen Resultate stimmen im wesentlichen mit den experimentellen Daten uberein. Entsprechende Berechnungen werden fur CdS, GaAs und LiH Kristalle durchgefuhrt.

Section: Effect Of Spatial Dispersion On the Positions Of The Extremamentioning

confidence: 99%

“…One may note the study of the phase of the reflected light along with its amplitude, temperature dependence [5,12,131 as well as the study of obliquely incident light beams [6, 11, 14 to 161 including Brewster's angle [17]. Results of these studies are well reviewed in [18].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Shift of Optical Resonant Reflectance Extrema Due to Damping and Spatial Dispersion

Grigorchuk

1995

Experimental and theoretical effects of surface layers and spatial dispersion on the free exciton reflectance of ZnO

Lagois¹,

Hummer²

1975

The well-known exciton reflectance spectra of ZnO a t helium temperatures are changed drastically by surface layers. To explain the experimentally observed structure the reflectivity of a medium with harmonic oscillators (nonspatial dispersion) or with spatial dispersion and with an additional surface layer is calculated. The surface layer is either an intrinsic exciton-free layer or an impurity layer in which multiple reflections and interference take place. From the comparison of experiment and calculation the following results are obtained: firstly, spatial dispersion of free excitons in ZnO has t o be considered, secondly, the lineshapes of the closely spaced A1 and B1 excitons are changed in a very different way, thirdly, the numerical evaluation yields the longitudinal resonance energies of the B1 and C1 excitons. By heavily doping a surface layer an enlarged exciton-free layer could be produced which is demonstrated by the reflectance spectra.Die bekannten Reflexionsspektren freier Exzitonen in ZnO bei Heliumtemperatur werden durch Oberflachenschichten drastisch verandert. Urn die experiment.el1 beobachtete Strukt u r zu erklaren, wird das Reflexionsvermogen eines Mediums mit harmonischen Oszillatoren (nichtraumliche Dispersion) oder mit raumlicher Dispersion und mit einer zusktzlichen Oberflachenschicht berechnet. Die Oberflachenschicht ist entweder eine intrinsische exzitonenfreie Schicht oder eine Fremdschicht, in der es zu Vielfachreflexionen und Interferenzen kommt. Aus dem Vergleich von Experiment und Rechnung werden die folgenden Ergebnisse erhalten: erstens hat man bei den freien Exzitonen in ZnO raumliche Dispersion zu beriicksichtigen, zweitens werden die Linienformen der eng benachbarten A1 und B1 Exzitonen sehr verschieden beeinflurjt,, drittens liefert die numerische Auswertung die longitudinalen Eigenfrequenzen der B1und Cl-Exzitonen. Durch starkes Dotieren einer Oberflachenschicht kann eine vergrorjerte exzitonenfreie Schicht erzeugt werden, was sich in den Reflexionsspektren zeigt.

The Influence of Surface Layers on Photoreflectance in the Exciton Region of CdS

Risch¹

1978

Changes of exciton reflectance spectra by an intense light beam (photoreflectance) are used to investigate electric fields on the free, unprepared crystal surface, originating from surface states. There are two types of photoreflectance spectra in CdS a t 105 K, which are associated to different crystal properties A and B. The electric field increases in type A crystals and decreases in the case of type B crystals. This mechanism produces the main contribution to photoreflectance; the screening of the Coulomb interaction of the excitons by free electrons is negligible.