半导体的光学性质VIP免费

半导体的光学性质 如果用适当波长的光照射半导体,那么电子在吸收了光子后将由价带跃迁到导带，而在价带上留下一个空穴，这种现象称为光吸收。半导体材料吸收光子能量转换成电能是光电器件的工作基础。光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律： 0 1xxIIr e  式中，xI 表示距离表面x 远处的光强；0I 为入射光强；r 为材料表面的反射率； 为材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关. 1 本征吸收 半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收. 要发生本征光吸收必须满足能量守恒定律,也就是被吸收光子的能量要大于禁带宽度gE ,即ghE ，从而有： 001.24gggEhhc Em eV E 其中h 是普朗克常量，ν 是光的频率．c 是光速，ν0：材料的频率阈值，λ0：材料的波长阈值，下表列出了常见半导体材料的波长阀值。 几种重要半导体材料的波长阈值 电子被光激发到导带而在价带中留下一个空穴，这种状态是不稳定的，由此产生的电子、空穴称为非平衡载流子。隔了一定时间后，电子将会从导带跃迁回价带,同时发射出一个光子，光子的能量也由上式决定，这种现象称为光发射。光发射现象有许多的应用,如半导体发光管、半导体激光器都是利用光发射原理制成的,只不过其中非平衡载流子不是由光激发产生，而是由电注入产生的。发光管、激光器发射光的波长主要由所用材料的禁带宽度决定，如半导体红色发光管是由GaP 晶体制成，而光纤通讯用的长波长（1。5μm）激光器则是由GaxIn1-xAs 或GaxIn1-xAsyP1—y 合金制成的。 2 非本征吸收 非本征吸收包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收等. 2.1 杂质吸收 杂质能级上的电子(或空穴）吸收光子能量从杂质能级跃迁到导带（空穴跃迁到价带)，这种吸收称为杂质吸收。杂质吸收的波长阈值多在红外区或远红外区。 2.2 自由载流子吸收 导带内的电子或价带内的空穴也能吸收光子能量，使它在本能带内由低能级迁移到高能级，这种吸收称为自由载流子吸收,表现为红外吸收。 2.3 激子吸收 价带中的电子吸收小于禁带宽度的光子能量也能离开价带,但因能量不够还不能跃迁到导带成为自由电子.这时，电子实际还与空穴保持着库仑力的相互作用，形成一个电中性系统，称为激子。能产生激子的光吸收称为激子吸收.这种吸收的光谱多密集与本征吸收波长阈值的红外一侧。 ...