Ukrainian Journal of Physical Optics 

Derevyanchuk O.V., Kramar N.K. and Kramar V.M.

Using the model of dielectric continuum for phonons and effective mass ap-proximation for electrons, the influence of longitudinal optical phonons on the formation of exciton spectra in polar semiconductors is studied with the Green function technique. The calculations are made in frame of the Mott-Vannier model for the exciton in nS-states (n = 1, 2 and 3) for a number of semiconduc-tors of A2B6 and A3B5 groups. The results confirm that interaction of the exciton with longitudinal optical (LO) phonons manifests itself in shifting of absorption band peaks towards low-energy region. The shift differs for different states and depends on temperature. Unlike the main exciton band (n = 1), the changes in the positions and widths of the next bands (n = 2 and 3) resulted from the interaction with the LO phonons are inessential for all the crystals under analysis.

Keywords: exciton, absorption spectrum, semiconductor, exciton-phonon interaction

PACS: 71.35.Cc
UDC: 535.34
Ukr. J. Phys. Opt. 10 157-164   doi: 10.3116/16091833/10/3/157/2009
Received: 20.03.2009

Анотація. Використовуючи модель діелектричного континууму для фононів і наближення ефективної маси для електронів, методом функцій Гріна досліджено вплив повздовжніх оптичних фононів на формування екситонного спектра в полярних напівпровідниках. Роз-рахунки проведено в рамках моделі Ваньє-Мотта для екситонів в nS-станах (n = 1, 2, 3) для напівпровідників A2B6 та A3B5 - груп. Результати підтверджують, що взаємодія екситону з повздовжніми оптичними (LO) фононами проявляється у зміщенні смуги поглинання в область низьких енергій. Це зміщення відрізняється для різних станів і залежить від температури. На противагу основній екситонній смузі (n = 1), зміна положення і ширини наступних смуг (n = 2 та 3) викликана взаємодією з LO фононами є несуттєвою для всіх проаналізованих кристалів.

REFERENCES

1. Excitons. Eds. Rashba E. and Struge M. Moscow: Nauka (1985).
2. Davydov A. Theory of the solid state. Moscow: Nauka (1976).
3. Brodin M and Blonskii I, Excitonic processes in layered crystals. Kiev: Naukova dumka (1986).
4. Gross E, 1962. Exciton and its motion in the crystal lattice. Usp. Fiz. Nauk 76: 433–442.
5. Fan H, Photon-electron interaction. Crystals without fields. New-York: Springer-Verlag (1967).
6. Zhirko Yu, 1999. Investigation of the light absorption mechanisms near exciton reso-nance in layered crystals. Part 2. N = 1 state exciton absorption in GaSe. Phys. stat. sol. (b) 213: 93–106. doi:10.1002/(SICI)1521-3951(199905)213:1<93::AID-PSSB93>3.0.CO;2-4
7. Zhirko Yu, 2000. Investigation of the light absorption mechanisms near exciton reso-nance in layered crystals. N = 1 state exciton absorption in InSe. Phys. stat. sol. (b) 219: 47–61. doi:10.1002/1521-3951(200005)219:1<47::AID-PSSB47>3.0.CO;2-Q
8. Elliott R, 1957. Intensity of optical absorption by excitons. Phys. Rev. 108: 1384–1389. doi:10.1103/PhysRev.108.1384
9. Lubchenko A, Nitsovich V and Tkach N, 1974. Dispersion of dielectric permeability tensor for polar semiconductors in the exciton absorption region. Zhurn Teor. Mat Fiz. 21: 415–423.
10. Tkach N, Nitsovich V and Voronyak Ya, 1974. Temperature dependence of exciton peak position in the framework of extended model of exciton-phonon system. Ukr. Fiz. Zh. 24: 58–73.
11. Nitsovich B, 1986. Electron-phonon interaction in the layer semiconductors. Fiz. Tv. Tela 28: 2424–2427.
12. Zhirko Yu and Zharkov I, 2002. Light absorption by excited exciton states in layered InSe crystals. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelecrtonics 5: 156–162.