资源简介

(共11张PPT)
半导体的光学性质
半导体的光学性质
半导体的光学性质是半导体物理性质的最主要的方面之一。
半导体光电效应是各种光电器件的基础。
光学方法是研究半导体的能带结构和检测材料参数的一种重要手段。
光电效应：光电器件的基础；
光学方法：研究能带结构及特性参数的手段。
(10.11)
(10.12)
称为吸收系数：
的物理意义：光在介质中传播距离为 时，光的强度
衰减到原来的 。
角频率为 的平面电磁波，沿固体中x方向传播时，电场强度：
光强：
(10.11)

反射率与透射率的关系：
R：反射率
T：透射率
一、光在电介质中传播时强度衰减的现象，称为光吸收
电子吸收光子能量后将跃迁
（即能量状态改变）
1、本征吸收：电子由价带向导带的跃迁所引起的光吸收。它是最重要的吸收，又叫基本吸收。
本征吸收产生电子-空穴对，从而引起光电导。
2、本征吸收限：
3、吸收谱：
4、吸收边：吸收限附近的吸收谱。
图10.2 InSb的吸收谱
吸收曲线在短波段陡峭上升，是半导体吸收谱的一个突出特点,标志着本征吸收的开始。
5、本征吸收：直接跃迁
间接跃迁
二、直接跃迁
对于典型半导体（假定Eg≈1eV），引起本征吸收的光子波长为：
光子的动量
原子间距
电子跃迁要求满足两个守恒：能量守恒，准动量守恒。
电子吸收光子产生跃迁时波矢保持不变（电子能量增加）。这就是电子跃迁的选择定则。为了满足选择定则，以使电子在跃迁的过程中波矢保持不变，则原来在价带中的状态A的电子只能跃迁到导带中的状态B。A与B在E(k)曲线上位于同一垂线上，因而这种跃迁称为直接跃迁。在A到B直接跃迁中所吸收光子的能量与图
因而从光吸收的测量，也可求得禁带宽度。
中垂直距离AB相对应。显然，对应于不同的k，垂直距离各不相等。即，相当于任何一个k值的不同能量的光子都有可能被吸收，而吸收的光子最小能量应等于禁带宽度Eg。由此可见，本征吸收形成一个连续吸收带，并具有一个长波吸收限：
理论计算可得：在直接跃迁中，对任何k值的跃迁都是允许的，则吸收系数与光子能量关系为：
直接跃迁吸收系数与光子能量的关系：
直线
0
（10.42）
(图10.4，p300)
三、间接跃迁
电子、光子和声子共同参与跃迁过程。
间接带隙半导体：Si, Ge, GaP
能量守恒：
动量守恒：
间接带间跃迁所涉及的光子能量仍然接近禁带宽度
声子角频率：
光子角频率：
声子波矢：
光子波矢：

展开更多......

收起↑