半导体的光学性质

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1、第十章半导体的光学性质&10.1半导体的光学常数§10.2半导体的光吸收§10.3半导体的光电导&10.1半导体的光学常数一、折射率和吸收系数复数折射率：其中n是通常的折射率k则是表征光能衰减的参量，称为消光系数α称为吸收系数，单位cm-1XdxI0II+dI&10.1半导体的光学常数&10.1半导体的光学常数光学常数n,k和电学常数的关系根据得&10.1半导体的光学常数二、反射系数和透射系数反射系数R透射系数T光透过厚度为d的样品时，透射系数和反射系数、吸收系数的关系§10.2半导体的光吸收一、本征吸收二、直接跃迁和间接跃迁三、激

2、子吸收四、自由载流子的吸收五、杂质吸收§10.2半导体的光吸收当一定波长的光照射半导体时，若则价带电子吸收光子跃迁到导带。这种电子由带与带之间的跃迁所形成的吸收过程，称为本征吸收。本征吸收发生的条件：一、本征吸收即：光子的频率下限当才能发生本征吸收光子的波长上限当才能发生本征吸收例如：SiEg=1.12eVλ0=1.1μmGaAsEg=1.43eVλ0=0.867μmCdSEg=2.42eVλ0=0.513μm§10.2半导体的光吸收光谱与波长和禁带宽度之间的关系§10.2半导体的光吸收二、直接跃迁和间接跃迁1、直接跃迁电子与光子的

3、相互作用过程中，满足：能量守恒：动量守恒：§10.2半导体的光吸收电子吸收光子产生跃迁时波矢保持不变——电子跃迁的选择定则本征吸收为一连续的吸收带§10.2半导体的光吸收几种半导体材料的吸收系数与波长的关系10.2半导体的光吸收2.间接跃迁既有电子与光子的相互作用，同时还有电子和声子的相互作用，其发生的概率比直接跃迁发生的概率小能量守恒：动量守恒：§10.2半导体的光吸收Ep代表声子能量，代表声子的波矢，“+”表示吸收声子，“-”表示发射声子。理论分析得到：时，吸收声子和发射声子的跃迁均可发生§10.2半导体的光吸收时，只能发生吸收

4、声子的过程当时，跃迁不能发生，α=0§10.2半导体的光吸收间接吸收：α：1～103/cm,直接吸收：α：104～106/cm研究半导体的本征光吸收，不仅可以获得Eg还有助于了解能带的复杂结构，也可以作为区分直接带隙和间接带隙半导体的重要依据。§10.2半导体的光吸收三.激子的吸收激子：半导体中相互束缚而结合在一起的一对电子-空穴对，这一系统称为激子。激子在晶体中某一部位产生后，并不停留在该处，可以在整个晶体中运动。但由于它作为一个整体是电中性的，因此不形成电流。激子是一对束缚的电子-空穴对，类似于氢原子。§10.2半导体的光吸收激

5、子形成一系列的能级§10.2半导体的光吸收电子和空穴的折合质量激子吸收：光子能量hv

6、程。在P区半导体中，价带有三个带，可观察到三条吸收谱线，吸收谱线的精细结构研究半导体有重要意义，是确定价带具有重叠结构的重要依据。§10.2半导体的光吸收五.杂质吸收束缚在杂质能级上的电子、空穴也能引起光的吸收。束缚态的电子不具有准动量。§10.2半导体的光吸收§10.3半导体的光电导半导体被光照射之后，产生非平衡过剩载流子，载流子浓度增加使半导体电导率增大。由光照引起半导体电导率增加的现象称为光电导。一.附加电导率无光照（暗电导）：光照后：产生非平衡载流子§10.3半导体的光电导附加光电导§10.3半导体的光电导光电导：电导率的改

7、变量§10.3半导体的光电导利用半导体材料的电阻率（电导率）随光照不同而改变的现象制成的电阻叫光敏电阻。大，对光敏感，灵敏度高，no,po小，高阻材料制成，低温下使用。实践证明，有一些半导体材料中，光生少数过剩载流子被陷阱俘获，只有过剩多子对附加光电导有贡献。如：p型CdO2中本征光电导主要是空穴的贡献，少子被陷阱俘获n型CdS中本征光电导主要是电子的贡献，少子处于被陷阱俘获杂质吸收和杂质光电导是研究杂质能级的一种重要方法。§10.3半导体的光电导二、定态光电导及其驰豫过程定态光电导：在恒定光照下产生的光电导。分析△σ与哪些因素有关

8、I光强：单位时间通过单位面积的光子数α吸收系数：§10.3半导体的光电导吸收率：单位时间单位体积内吸收的光子I量子产额：吸收一个光子能产生一对电子-空穴对的几率β，β≤1电子-空穴对的产生率：Q=βIα设某一时刻开始t=0，光照半导