第 l0 章 半导体得光电特性 本章讨论光和半导体相互作用得一般规律,用光子与晶体中电子、原子得相互作用来讨论半导体得光学过程、重点讨论光吸收、光电导和发光,以及这些效应得主要应用。§10、1 半导体得光学常数一、折射率和吸收系数(R ｅ f ｒ act ｉ ve index & Absorpti ｏ n coeff ｉｃient)固体与光得相互作用过程,通常用折射率、消光系数和吸收系数来表征。在经典理论中,早已建立了这些参数与固体得电学常数之间得固定得关系。1、折射率和消光系数(Extinct ｉ on coe ｆ f ｉ cient)按电磁波理论,折射率定义为N2=ε r−i σωε0式中,ε ｒ和 σ 分别就就是光得传播介质得相对介电常数和电导率,就就是光得角频率。显然,当 σ≠０时,N 就就是复数,因而也可记为N2=n−ik (1 ０-1)两式相比,可知n2−k 2=εr ,2nk= σωε0 (10－2)式中,复折射率 N 得实部ｎ就就就是通常所说得折射率,就就是真空光速 c 与光波在媒质中得传播速度 v 之比;ｋ称为消光系数,就就是一个表征光能衰减程度得参量。这就就就是说,光作为一种电磁辐射,当其在不带电得、σ≠0 得各问同性导电媒质中沿ｘ方向传播时,其传播速度决定于复折射率得实部,为 c/n;其振幅在传播过程中按ｅ xp(ωkx／c)得形式衰减,光得强度 I0则按 exp(-２ ωkx/c)衰减,即I=I0exp(−2ωkxc) (10-3)２、吸收系数光在介质中传播而有衰减,说明介质对光有吸收。用透射法测定光在介质中传播得衰减情况时,发现介质中光得衰减率与光得强度成正比,即dIdx =−αI比例系数得大小和光得强度无关,称为光得吸收系数。对上式积分得I=I 0e−αx (10-4)上式反映出得物理含义就就是:当光在媒质中传播 1/距离时,其能量减弱到只有原来得 1/ｅ。将式(10-3)与式(１ 0-4)相比,知吸收系数α=2ωkc =4 πkλ (１ 0－4)式中 λ 就就是自由空间中光得波长。3、光学常数 n、ｋ和电学常数得关系解方程组(10－２)可得n2=12 ε r[1+(1+σ2ω2εr2 ε02 )1/2; k 2=−12 εr[1−(1+σ2ω2 εr2ε02 )1/2式中,n、k、σ 和ｒ都就就是对同一频率而言,她们都就就是频率得函数。当σ≈０时,ｎ≈1/2,k≈0。这说明,非导电性介质对光没有吸收,材料就就是透明得;对于一般半导体材料,折射率 n 约为 3—4。吸收系数除与材料本身有关外,还随光得波长变化。 -1 代表光对介质得穿透深度。对于吸收系数很大得情况 (例如,α≈1×1 ０ 5ｃｍ-1),...
