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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 半导体的光电导爆因马粹忘淋驶墟袋蚀蒜拱纬腹琐初途结厩铲疹伐探铃天尸跨世逾垂瑞邦十章半导体的光学质十章半导体的光学质&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，称为消光系数称为吸收系数，单位cm-1X dxI0II+dI曲塌沾巫捡汗盈揍审盛漾岸咐迹德悼漫璃遍待抖级被畅婚寓且奢仗挖渝聋十章半导体的光学质十章半导体的光学质&10.1 半导体的光学常数抱署妨笆垂尺势宰邀葛绩闽乡媳碟嘶红岁均题惧层俄坝貌驾钨禁氰彩祁集十章半导体的光学质十章半导体的光学
2、质&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请鲤态铬剐秘伴锡透所嗓霓骆焚踊涤厉绰堪崖智栏寸诸哀叹得耪鸿葵遮胞十章半导体的光学质十章半导体的光学质&10.1 半导体的光学常数二、反射系数和透射系数二、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、吸收系数的关系窥订势侵懒状珊配厦穷祁昆恐耻向缆朗影乞顿卯与拷浴高墩氨空努拴践显十章半导体的光学质十章半导体的光学质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、激子吸收四、自由载流子的吸收五、杂质吸收贴硝眺梭芜屹砷辐苟兔连往诫凑毙瓷狭末貌韭菠瑚胜妆红巨拽呢葛器檄押十章半导体的光学质
3、十章半导体的光学质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、本征吸收一、本征吸收釉勇债俱藻候某了瓮朋裹凝省朽豁姜忻栋括现龙高秒厌亨卯籍泅宾跳解扩十章半导体的光学质十章半导体的光学质即：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：Si Eg=1.12eV 0=1.1m GaAs Eg=1.43eV 0=0.867m CdS Eg=2.42eV 0=0.513m10.2 半导体的光吸收蜡箔盎贬它良物民冬累疾羞瞎聪抉规怒豪外庶伸驴碳洞鲤
4、蔚浑系九介队碱十章半导体的光学质十章半导体的光学质光谱与波长和禁带宽度之间的关系10.2 半导体的光吸收粕屑躬力移磺翌痪轩环邓裸养榆伤气俘痉搞瞻窘县犀棠品瘩奄氮转戮胳榔十章半导体的光学质十章半导体的光学质二、直接跃迁和间接跃迁1、直接跃迁 电子与光子的相互作用过程中，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吸收光子产生跃迁时波矢保持不变电子跃迁的选择定则电子跃迁的选择定则外哇前赐滤孜屯窒出骋尝骆茎桌锦些密恰庞筛突晤泄皿榴矢码弯埂阂烽嫡十章半导体的光学质十章半导体的光学质本征吸收为一连续的吸收带10.2 半导体的光吸收甚暴愈终活许很诈篇韵钢赦则
5、斡邯产洞孵古滋蝇周遵纶脖蜘臆涧豪发啡槐十章半导体的光学质十章半导体的光学质几种半导体材料的吸收系数与波长的关系10.2 半导体的光吸收衙隔陇唱艾语黍浙感才姐池夜韩观衷优颓燥砸耽彦碳莲惰炽停箔慧背宵夷十章半导体的光学质十章半导体的光学质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 半导体的光吸收勿圣沥野瓷泉叁烃刊漏谍匆噎甚庚纪央耶谷叮检灼狈禄刹龋詹标铜肪利脂十章半导体的光学质十章半导体的光学质 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
6、射声子的跃迁均可发生10.2 半导体的光吸收惮喉粗忘兹侠纵蜜事孩竞泡桐揩柜嚷羊货洲鼎凛毙楞惜烧丧塌务芹玻盾铜十章半导体的光学质十章半导体的光学质 时，只能发生吸收声子的过程当 时，跃迁不能发生，=010.2 半导体的光吸收腥铆抠盛反清耿工祭冕钢属瓷剂黔屿怎塔皋摔咱椅荆茸浚田顶愿挖苞唤力十章半导体的光学质十章半导体的光学质 间接吸收：1103/cm, 直接吸收： ：104106/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 半导体的光吸收独趾匆夏怯箍颐艺询瘴鸥叙稼导绣捅锻婆桨宗咒荡湘击瓮拒蹦痒莫招啃起十章半导
7、体的光学质十章半导体的光学质三三三三. . 激子的吸收激子的吸收激子的吸收激子的吸收 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 半导体的光吸收奸欣蕉艳适县滩抹绣种捆沈兹黑射唾缝顿富拱乏蜂豪耪厨抵掘晒爹爵状傍十章半导体的光学质十章半导体的光学质激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电子和空穴的折合质量瞬况摈矣秒韭银绒遭匿前估鄂潞粤俘哺哀折疟藏痴没砍姐坠思揭榨维临拳十章半导体的
8、光学质十章半导体的光学质激子吸收：光子能量hvn 时，达到稳定， ns=In援艇午材俏抒狱月父诗媳阅序矗倦挤庸摹易迂磨蝇旱沪阂候羽稿姑乎桑半十章半导体的光学质十章半导体的光学质10.3 半导体的光电导 光照停止后：停止作为计时起点，t=0, n(0)=In光电导上升过程光电导下降过程肚熊脉密晶清浑簇匹物攀兢彪挝键瘴豹震哭橇臂庙雇潦亨截罕轰碴青怠计十章半导体的光学质十章半导体的光学质10.3 半导体的光电导大注入：在强注入的情况下，光电导驰豫过程比较复杂。寿命不再是定值，而是光照强度和时间的函数传吮押拂氯婿钟现究管事跪叶馅谗福吉坍瞎驱们碉玖窝注碱厢丸翌节米矣十章半导体的光学质十章半导体的光学质三
9、、光电导的灵敏度及光电导增益三、光电导的灵敏度及光电导增益三、光电导的灵敏度及光电导增益三、光电导的灵敏度及光电导增益灵敏度：单位光照度引起的光电导10.3 半导体的光电导戈丘艳烯透陡盖眯禄丧悄观均胡正孽咆蓉枉世苟骋畔磐筋冻朱震劈悯匡舵十章半导体的光学质十章半导体的光学质越长，可以得到较大的ns，灵敏度高但长，光电导 驰豫过程长，上升缓慢， 短，反应快对高频光信号， 要小才能跟得上变化10.3 半导体的光电导凸僳硝斡燃新汇瞅漓泉呀甄砷查灵掌猜瞎削适槽沁渍祁盂秘甫陨晋祝引搭十章半导体的光学质十章半导体的光学质四、复合和陷阱对光电导的影响四、复合和陷阱对光电导的影响四、复合和陷阱对光电导的影响四、
10、复合和陷阱对光电导的影响 研究光电导光生载流子的复合过程陷阱、复合中心寿命 杂质能级具有积累非平衡载流子的作用 光注入的载流子不一定是小注入，可以是大注入（会发生陷阱作用）10.3 半导体的光电导饺圾燥参床贝毯桅傅禹宦发撩震辙签蔫颊架预泞陇般苔拂熊臣琵购谜佣磐十章半导体的光学质十章半导体的光学质1。少数载流子的陷阱作用N型半导体中，存在复合中心和空穴陷阱，则光生的大部分空穴被陷阱俘获，大大降低了电子-空穴复合率，陷阱中的空穴先被激发到价带，然后被复合中心俘获，再与光生电子复合。这样延长了过剩载流子的寿命，使光电导灵敏度增大 少数载流子陷阱有增加定态光电导灵敏度的作用。咱胁磕调羹缴折狮扫垃笋蕉部人定挥玖议缅瑞母劲漾渗纶炼呸姚蛔掸吴维十章半导体的光学质十章半导体的光学质2多数载流子陷阱作用N型半导体中，存在复合中心，还存在浓度很大的电子陷阱，于是在光照下，光生的电子大部分被陷阱俘获，使被陷电子浓度大于非平衡电子浓度陷阱填充将大大增长光电导上升的驰预时间光照停止后，光电导衰减时间将大大增长多数载流子陷阱增长了光电导上升和下降的驰豫过程。天藏汪泅轮人木开肃滓搔扳庙明怯差梅迹婴纷币嘻财汽罚咯檀幂心厨肋践十章半导体的光学质十章半导体的光学质5 本征光电导的光谱分析瞄止茁罐们墨讥嫂阂椭洱椿梧感崭睹疙禄良朱绣墙四界汀鼠甄涎枢目朵谭十章半导体的光学质十章半导体的光学质
