6半导体的光吸收

半导体光吸收机制是半导体物理学中一个重要的研究领域，它涉及到光子和半导体中的电子相互作用。

在光的照射下，半导体中的电子会吸收能量，从而改变其状态，并将部分能量以光的形式辐射出去。

下面将详细介绍几种常见的半导体光吸收机制及其特点。

1. 直接带隙半导体：这类半导体具有很高的吸收系数，即单位时间内单位面积吸收的光子数量。

直接带隙半导体吸收的光子能量等于直接带隙的能量差。

当光子能量大于直接带隙能量时，电子会从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。

这种机制的优点是效率高，但缺点是需要高能光子才能产生吸收，限制了其在短波长光的吸收。

2. 间接带隙半导体：这类半导体的吸收机制与直接带隙不同，它需要两个光子才能完成吸收过程。

第一个光子将价带电子激发到导带，产生带内激子。

第二个光子作用于激子，将其分裂成自由电子和空穴对。

这种机制的优点是可以在较宽的光谱范围内吸收光，缺点是吸收系数较低。

3. 表面等离子体吸收：表面等离子体吸收机制是一种新型的半导体光吸收机制，它利用金属和半导体之间的界面产生等离子体共振，从而实现高效的光吸收。

这种机制的优点是吸收效率高，可以覆盖较宽的光谱范围，缺点是需要特殊的材料和结构。

4. 激子吸收：在某些半导体材料中，激子是一种重要的光吸收机制。

激子是由电子和空穴组成的复合物，它可以吸收光子并转化为自由电子和空穴对。

这种机制的优点是可以在较长波长范围内吸收光，缺点是吸收系数较低。

这些机制各有特点，适用于不同的应用场景。

例如，直接带隙半导体适用于短波长光的吸收，而表面等离子体吸收适用于宽光谱范围的高效光吸收。

在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的吸收机制。

此外，随着技术的发展，新型的光吸收机制也在不断涌现，为半导体光吸收领域带来了新的机遇和挑战。

第五章半导体中的光辐射和光吸收1. 名词解释：带间复合、杂质能级复合、激子复合、等电子陷阱复合、表面复合。

带间复合：在直接带隙的半导体材料中，位于导带底的一个电子向下跃迁，同位于价带顶的一个空穴复合，产生一个光子，其能量大小正好等于半导体材料E。

的禁带宽度g浅杂质能级复合：杂质能级有深有浅，那些位置距离导带底或价带顶很近的浅杂质能级，能与价带之间和导带之间的载流子复合为边缘发射，其光子能量总E小。

比禁带宽度g激子复合：在某些情况下，晶体中的电子和空穴可以稳定地结合在一起，形成一个中性的“准粒子”，作为一个整体存在，即“激子”。

在一定条件下，这些激子中的电子和空穴复合发光，而且效率可以相当高，其复合产生的光子能量小E。

于禁带宽度g等电子陷阱复合：由于等电子杂质的电负性和原子半径与基质原子不同，产生了一个势场，产生由核心力引起的短程作用势，从而形成载流子的束缚态，即陷阱能级，可以俘获电子或空穴，形成等电子陷阱上的束缚激子。

由于它们是局域化的，根据测不准关系，它们在动量空间的波函数相当弥散，电子和空穴的波函数有大量交叠，因而能实现准直接跃迁，从而使辐射复合几率显著提高。

表面复合：晶体表面的晶格中断，产生悬链，能够产生高浓度的深的或浅的能级，它们可以充当复合中心。

通过表面的跃迁连续进行表面复合，不会产生光子，因而是非辐射复合。

2. . 什么叫俄歇复合，俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么长波长的InGaAsP 等材料的俄歇复合比短波长材料严重？为什么俄歇复合影响器件的J th 、温度稳定性和可靠性？ 解析：● 俄歇效应是一个有三粒子参与、涉及四个能级的非辐射复合的效应。

在半导体中，电子与空穴复合时，把能量或者动量通过碰撞转移给第三个粒子跃迁到更高能态，并与晶格反复碰撞后失去能量。

这种复合过程叫俄歇复合.整个过程中能量守恒，动量也守恒。

●半导体材料中带间俄歇复合有很多种，我们主要考虑CCHC 过程（两个导带电子与一个重空穴）和CHHS 过程（一个导带电子和两个重空穴）。

半导体的光电效应发布日期:2008-04-25 我也要投稿!作者:网络阅读: 787[ 字体选择：大中小]一、半导体的能带结构按照量子力学理论,由于物质内原子间靠得很近,彼此的能级会互相影响,而使原子能级展宽成一个个能带。

又由于电子是费米子,遵从泡利不相容原理。

电子以能量大小为序,从基态开始,每个量子态上一个电子向上填充,直填到费米能εF为止。

再上面的能级都是空的。

被电子填满的能带叫满带。

满带中的电子如同很多人挤在一个狭小的空间,谁也动不了。

所以,虽然有许多电子,但是不能形成定向移动,因而满带中的电子不是载流子,是不能导电的。

全部空着的能带称为空带。

能带间的间隔叫带隙(用Eg表示)或禁带,禁带不允许有电子存在。

图1所示的是导体、绝缘体、半导体的能带结构示意图。

如图1(a)所示,导体的费米能级εF在一个能带的中央,该能带被部分填充。

由于能带的亚结构之间的能量相差很小,因此这时只需很少的能量(如一外加电场),就能把电子激发到空的能级上,形成定向移动的电流。

这正是具有这种能带结构的物质被称为导体的原因。

如果某一能带刚好被填满,它与上面的空带间隔着一个禁带,此时大于带隙间隔的能量才能把电子激发到空带上去。

一般带隙较大(大于10eV数量级)的物质,被称为绝缘体,如图1(b)所示;而带隙较小(小于1eV数量级)的物质,被称为半导体,如图1(c)所示。

半导体的费米能级位于满带与空带之间的禁带内,此时紧邻着禁带的满带称为价带,而上面的空带称为导带。

如果由于某种原因将价带顶部的一些电子激发到导带底部,在价带顶部就相应地留下一些空穴,从而使导带和价带都变得可以导电了。

所以半导体的载流子有电子和空穴两种。

可见,半导体介于导体与绝缘体之间的特殊的导电性是由它的能带结构决定的。

二、半导体的内光电效应当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。

利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。

§3.3 半导体的光吸收和光辐射在半导体中，与光有关的现象就是两点：光吸收与光辐射，这是两个相反过程，它构成光与半导体中的电子相互作用的基本内容。

在光吸收过程中，电子吸收光子能量从低能级跃迁到高能级。

而在光辐射过程中，电子从高能级跃迁至低能级，发射一个光子。

光吸收应用于探测器，光辐射应用于半导体光源。

一、 光吸收半导体中的光吸收主要有五种形式：1、本征吸收半导体吸收光子能量使价带中的电子激发到导带，此过程称为本征吸收。

结果是产生等量的自由电子和自由空穴。

本征吸收产生的条件： g E h ≥ν 既光子能量大于禁带宽度或 g E c h≥λ ν和λ为照射光的频率和波长 ∴h E g ≥ν， c g g m ev E E hc λμλ==≤)()(24.1（阈值波长） c λ只与禁带宽度有关举例： T = 300K E g (ev) c λ(μm)Ge 0.66 1.87Si 1.12 1.1GaAs 1.35 0.922、 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（或价带），此过程称为杂质吸收。

杂质吸收产生的条件：光子能量大于杂质电离能。

d E h ∆≥ν（施主电离能） n 型 a E h ∆≥ν （受主电离能） p 型阈值波长 )()(1.24m ev E E hc d d c μλ∆=∆= n 型 )()(1.24m ev E E hc a a c μλ∆=∆= p 型 一般杂质电离能比禁带宽度小很多，因此杂质吸收的阈值波长较长 ，多在红外或远红外区。

举例： )(ev E d ∆ )(ev E a ∆ )(m c μλSi:P 0.045 29Si:B 0.0439 29Ge:B 0.0104 120Ge:Au 0.053 25实际上，杂质吸收还可以由价带与施主能级之间的跃迁以及受主能级与导带之间的跃迁而产生，这两种跃迁因能级差大，需要吸收较大的光子能量。

半导体吸收光谱
半导体吸收光谱是研究半导体材料基本性质和应用的重要手段
之一。

在光谱学中，吸收光谱是研究物质对电磁波能量吸收的方法。

半导体吸收光谱研究的是半导体材料在光学波段内对电磁波的吸收
特性，可以通过该特性来研究半导体材料的能带结构、能级分布等基本性质。

半导体吸收光谱可以分为宏观吸收光谱和微观吸收光谱两种类型。

宏观吸收光谱是指在宏观尺度下，对半导体材料整体进行的吸收光谱测量。

微观吸收光谱则是指在微观尺度下，对半导体材料内部结构进行的吸收光谱测量。

微观吸收光谱可以进一步分为局域吸收光谱和全固态吸收光谱两种类型。

半导体吸收光谱的实验测量可以通过紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪等工具进行。

半导体吸收光谱的研究在半导体材料的物理性质、光电性能、光伏应用等领域都有着重要的应用。

- 1 -。