1、第七章 半导体中的光吸收和光探测,半导体对光的吸收机构大致可分为： 本征吸收； 激子吸收； 晶格振动吸收； 杂质吸收； 自由载流子吸收. 参与光吸收跃迁的电子可涉及四种： 价电子； 内壳层电子； 自由电子； 杂质或缺陷中的束缚电子,7.1 本征吸收,如果有足够能量的光子作用到半导体上 ， 价带电子就有可能被激发到导带而形成电子一空穴对 。
这样的过程称为本征吸收 。
第一章已经提到 ， 这种受激本征吸收使半导体材料具有较高的吸收系数 ， 有一连续的吸收谱 ， 并在光子振荡频率=Eg/h处有一陡峭的吸收边 ， 在1.24/Eg)的区域内 ， 材料是相当透明的 。
由于直接带隙与间接带隙跃迁相比有更高的跃迁速率 ， 因而有更高的吸收系数 。

2、或在同样光子能量下在材料中的光渗透深度较小 。
与间接带隙材料相比 ， 直接带隙材料有更陡的吸收边,图7.1-1比较了几种直接带隙材料(GaAs、In0.7Ga0.3As0.64P0.36、In0.53Ga0.47As)和间接带隙材料(Ge、Si)的光吸收系数和渗透深度与入射光波长的关系,一、直接带隙跃迁引起的光吸收,1允许跃迁 在外光场作用下导带电子向价带跃迁的几率为,在1.2中已提到在直接带隙跃迁吸收中 ， 可以产生允许的和禁戒的跃迁,1.2-25,当光辐射场与半导体中电子发生共振相互作用时 ， 即满=2=1 ， 则上式括号中第一个指数变为1 。
由式(1.2-25)还可以看到 ， 当满足,1.2-26,时 ， 则括号中 。

3、第二个指数变为1 ， 这时括号中就有非零值 。
这说明 ， 只有当半导体中的电子在辐射场作用下满足动量守恒(k选择定则)所产生的跃迁才有最大的跃迁几率,由式(1.2-25)和式(1.2-26)可以看出 ， 当满足动量守恒时产生允许的直接带隙跃迁 ， 这时价带能量的最大值所对应的波矢k=kmax与导带能量最小值的波矢k=kmin 。
均在布里渊区的原点 ， 即 kmax=kmin=0 ， 如图7.1-2所示 。
允许的直接跃迁有最大的跃迁几率 ， 且跃迁矩阵元与波矢k基本无关,1.2-25,1.2-26,吸收系数写为,7.1-7,其中A为常数,7.1-8,mr折合有效质量 ， 表示为,7.1-6,m0为自由电子的质量 ， 其余都是所熟知的符号 。

4、 ， 只是fif表示与偶极矩阵元|M|2有 关的振子强度 ， fif=2|M|2/m0 ， 它通常是数量级为1的因子,7.1-7,7.1-8,式(7.1-8)所能适用的范围是有限的 ， 当(h-Eg)的值较大时 ， 吸收系数随h变化缓慢 ， d随h上升的曲线斜率与能带的形状有关 。
而且当(h-Eg)与激子激活能(关于激子吸收将在7.2中讨论)可以相比拟时 ， 式(7.1-7)还应作适当修改 。
即使h0 ， 此时吸收系数并不为零而趋于一稳定值；当hEg ， 也可观察到由激子的高激发态引起的吸收 ， 如图7.1-3中的点线所示,上述允许的直接带隙跃迁发生在价带和导带分别为半导体的s带和p带构成的材料中 。
作为对d值大小的粗略估计 ， 可me= m 。

5、h= m0 ， n=4 ， fif1 ， 则,若进一步设(h-Eg)=0.01eV ， 则d6.7103cm-1,7.1-9,2. 禁戒跃迁,在某些材料中(如Ge) ， 价带由单个原子的s态形成 ， 而导带则由d电子态形成 ， 跃迁选择定则禁止在k=0处发生直接带隙跃迁 ， 但却允许在k0处发生这种跃迁 。
禁戒跃迁亦表示于图7.1-2中 。
并且可以证明 。
当k=0时 ， 跃迁几率B12=0 ， 而当k离开零点时 ， 跃迁几率随k2增加 ， 即正比于(h-Eg) 。
因为与直接跃迁相联系的态密度正比于(h-Eg)1/2 ， 所以吸收系数的光谱关系可表示为,7.1-10,式中系数B为常数 ， 表示为,7.1-11,式中fif为在非允许的直接带隙跃迁(禁戒跃迁)情 。

6、况下的振子强度 。
因而吸收系数可表示为,7.1-12,fif是小于1的数 ， 为作粗略估计 ，fif=1 ， 2mr=m0 ， h=1eV ，h-Eg=0.01eV ， 可得d=45cm-1 ， 这与容许的直接带隙迁跃相比差103倍,7.1-11,由式(7.1-9)和式(7.1-12)所得到的吸收系数的明显差别似乎可以用来从实验上来确定上述这两种跃迁 ， 但实际上由于激子吸收对吸收曲线的影响 ， 使得这种比较难以凑效,7.1-9,二、间接带隙跃迁引起的吸收,1二阶微扰过程的物理描述 当导带能量最小值与价带能量最大值不对应同一k值 ， 即kmaxkmin时 ， 不满足动量守恒 。
但实验上却观察到电子在这两个能量极值之间的跃迁所引起的光 。

7、吸收 ， 因而可以判断必定有声子参与了跃迁过程 ， 即必须通过吸收声子或发射声子才能使电子从初态“O”跃迁至终态“m” 。
这种间接带隙跃迁可以有两种方式来完成 ， 如图7.1-4所示 ， 而每种方式又均可分两步来实现 。
即“O”I“m”或“O”I“m” 。
(图画得有些倾斜,对于从始态“O”经中间态(I或I)至终态“m”的跃迁来说 ， 每一步都满足动量守恒但能量不守恒 ， 然而两步合起来能量却是守恒的 。

来源：(未知)

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标题：半导体|半导体光电子学第7章半导体中的光吸收和光