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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，称为消光系数称为吸收系数，单位cm-1X dxI0II+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、激子吸收四、自由载流子
2、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：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
3、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2.2.间接跃迁间接跃迁 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，只能发生吸收声子
4、的过程当 时，跃迁不能发生，=010.2 半导体的光吸收 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 半导体的光吸收激子形成一系列的能级10.
5、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激子吸收：光子能量hvn 时，达到稳定， ns=In10.3 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
6、， 要小才能跟得上变化10.3 半导体的光电导四、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、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。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。5 本征光电导的光谱分析
