При увеличении концентрации легирующих примесей в полупроводнике наблюдается сдвиг максимума спектра люминесценции, обусловленный двумя обстоятельствами.

Во-первых, при сильном легировании полупроводника n-типа донорной примесью из-за повышения уровня Ферми область с максимальной плотностью заполненных электронами уровней перемещается вглубь зоны проводимости, что должно приводить к сдвигу максимума спектра излучения в область больших энергий фотонов, т.е. к увеличению hν_m. (Такой сдвиг получил название сдвига Бурштейна – Мосса).

Так, например, в вырожденном полупроводнике n-типа максимум спектра люминесценции для 0 К должен наблюдаться при энергии фотона [4]

$h{\nu }_m=E_g+\left(1+\frac{m_n^{\ast }}{m_p^{\ast }}\right){\xi }_n$,

(3.32)

где

${\xi }_n={\left(3{\pi }^2{n}_0\right)}^{2/3}\cdot \frac{{\hslash }^2}{2m_n^{*}}$.

(3.33)

Во-вторых, при увеличении уровня легирования возрастает неоднородность распределения концентрации легирующих примесей, что приводит к флуктуациям глубины залегания уровня Ферми и пространственной модуляции краев разрешенных зон. В результате у краев разрешенных зон возникают «хвосты» плотности состояний (уровней), простирающиеся в запрещенную зону. Кроме того, наблюдаются расщепление примесных уровней в примесные зоны и слияние их с хвостами разрешенных зон. Оба эти явления  приводят к уменьшению эффективной ширины запрещенной зоны и, соответственно, к уменьшению hν_m.

В полупроводниках n-типа обычно преобладает первый фактор, приводящий к увеличению hν_m (рис. 3.8 и рис. 3.10 [4]). Так, на рис. 3.8 представлены спектры люминесценции образцов InAs n-типа с различным уровнем легирования.

 

Области спектров при hν > E_g = 400 мэВ соответствуют излучательной рекомбинации между свободными электронами и свободными дырками. Сдвиг максимума спектра излучения и его высокоэнергетического края в сторону больших энергий фотонов при возрастании уровня легирования обусловлен смещением уровня Ферми в зону проводимости. Структура спектра при энергиях фотонов, меньших E_g, связана с переходами, включающими хвосты состояний и примесные зоны.