Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Prof. Dr. Heinrich Stolz



Dipl.-Phys. Florian Schöne
(e-mail: florian.schoene@uni-rostock.de )

Optical Properties of yellow Excitons in Cuprous Oxide

Cuprous oxide (Cu2O) has proven historically as well as contemporarily to be one of the most suitable materials for the research of excitons in bulk semiconductors. This thesis concerns itself with the theoretical description of some optical properties of the yellow exciton series in Cu2O and is divided into two parts. The first part aims at the determination of the basic excitonic properties by considering central-cell corrections. For large principal quantum numbers n the nonparabolicity of the highest valence band is treated and the concept of quantum defects is introduced. For the analysis of the yellow 1S paraexciton the additional coupling to LO phonons is addressed. The second part examines the absorption edge of the Γ3⁻ phonon-assisted transition into the 1S yellow orthoexciton and determines the corresponding deformation potential. The deformation potential is further utilised to calculate the Auger coefficient of the phonon-assisted decay mechanism.

Kupferoxydul (Cu2O) zeigte sowohl historisch als auch in der Neuzeit, dass es eines der am besten geeigneten Materialien für die Untersuchung von Exzitonen in Halbleitern ist. Die vorliegende Dissertation untersucht einige optische Eigenschaften der gelben Exzitonenserie in Cu2O und lässt sich in zwei Teile unterteilen. Im ersten Teil werden grundlegende Exzitonenparameter unter Berücksichtigung von central-cell Korrekturen bestimmt. Für große Hauptquantenzahlen n wurde hierfür die Nichtparabolizität des höchsten Valenzbandes betrachtet und das Konzept des Quantendefekts eingeführt. Für die Analyse des gelben 1S Paraexzitons musste zusätzlich der Einfluss von LO Phononen berücksichtigt werden. Der zweite Teil befasst sich mit der Absorptionskante des Γ3⁻ phononassistierten Übergangs in das gelbe 1S Orthoexziton und bestimmt das dazugehörige Deformationspotential. Mit dem Deformationspotential wurde der Augerkoeffizient für den phononassistierten Zerfall berechnet.