The Biexciton Levels and Nonlinear Optical Transitions in ZnO

Authors


  • Campusvej 55, DK 5230 Odense, Denmark.

Abstract

The controversy about the level scheme of the biexcitons in ZnO is solved by two-photon reabsorption spectroscopy. Three levels are detected, corresponding to the possible combinations of A and B valence band holes. The diamagnetic shift of these states is below 2 × 10−6 eV T−2 in agreement with the small exciton and biexciton radii. In forward two-photon Raman scattering, two excitation induced renormalizations of the polariton dispersion are observed, partly involving transitions to the biexciton level. The M-band luminescence and the resonance structure observed in backward two-photon Raman scattering are reconsidered in terms of the new level scheme.

Abstract

Das Problem des Termschemas der Biexzitonen in ZnO wird durch Zweiphotonen-Reabsorptionsspektroskopie gelöst. Drei Biexzitonenniveaus werden beobachtet entsprechend den möglichen Kombinationen von Löchern aus den A- und B-Valenzbändern. Die diamagnetische Verschiebung dieser Zustände liegt unter 2 × 10−6 eV T−2 in Übereinstimmung mit den kleinen Exzitonen- und Biexzitonenradien. Die Zweiphotonen-Ramanstreuung in Vorwärtsrichtung zeigt zwei anregungsinduzierte Renormierungen der Polaritonendispersion, die sich teilweise auf Übergänge zum Biexziton zurückführen lassen. Die Lumineszenz der M-Bande und die Resonanz in der Zweiphotonen-Ramanstreuung in Rückwärtsrichtung werden im Rahmen des neuen Biexzitonen-Termschemas diskutiert.

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