chap2半导体材料的电学和光学特性2_图文(精)

1、E 庇半寻体材料的电学和光学特性Chap 2半导体材料的电学和光学特性2半导体材料的电学特性2卫半甘体材料的光学特性2-3半导体材料的种类和特性及PN结 ,丿光的吸收令任何一种物质对光波都会或多或少地吸收。o光在介质内传播时，介质小的束缚电子在光波电场的作用 下作受迫震动因此光波耍消耗能最来激发电r的振动， 这些能戢一部分又以次波的形式1孑入射波桥加成折射光波 而射出介质。夺此外.由于与周S1子和分f的机互作用，束缚电子受迫 振动的一部分能彊将变为其它形式的能就,例如分子热运 动的能3.这部分能的损耗就是我ff 1所抬的介质对光波 的吸收。光和材料的相互作用2.2.1光的产生恥谧半导怵材6一些

2、物质的颜色呈黑色（人眼，说明它吸收了所有可见光光的吸收Ec本征咬收（过程）t产生电 T空穴对办庚吸收（2.2.2.4 5 Js每丰过电只能产 生”种符可的轅涛子*或电子，或空电 Ey 拨淤收（6.7） S 便电 f 诚空穴的创 能增加晶構报动的吸枚增加晶格的热运动能等离 r 库吸收：使全部自由电诫吃穴 作为个能休相时 J lh51 休点阵的撅功能介质的吸收在形成上也可以引入一个复折射率來描述:h n（l+ ik）则，在介质内沿z轴方向传播的T；而波的电场可以写为:p 7宀丁“TytICuk、ftM0E= Aexpf(c-) = 4exp(-z)exp/( zcot)ccc则平面波的强度：1 =

3、 E* = Acxp(血血z)*- .t.,令a =-则(i2.2J光处吹半导体材料的电学和光学特性和已上分别是施主朵质能级，受上杂颅能级fil課杂JK能如2.2J光的产生56 曲泮錚护材6式屮【丿&=0处的光强.a为物质的吸收系数6砂2卑导体材料的电学和光学特性2.2.1光的产生8光的吸收/ = /0exp（-az）表明：比波的強度（能最）随右光波进入介质的距离z的增人按指 数规律衰减，衰减的快慢収决J：物质的吸收系数的人小。此 式通常称为布格尔（Bouguci）定律。山布格尔定律可知：吸收系数u在数值上等于光波强度因吸收而减弱到1时透过的物质片度的倒数，单位为cm。光的吸收 一般対

4、可见光來说，金屈a = 106cm!玻璃cr = 102cm可见各种物质的吸收系数的差别是很大的。人多数物质的吸收貝有波长选择性。即，对J：不同波长的 光，物质的吸收系数不同。这种特姝件可用吸收系数和波长 的关系曲线来表示。对r液体和固体，吸收带都比较宽，而对r气体则比较窄， 通常只有10 3nm杲级。2.2.176ap2丰Ch农半錚体材料的电学和光学特性2.2.1光的产生fill B I. ! .1 两个光子射出（LASER）.吸收自发辐射受激辐射236ap2半导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质半导体的光吸收半导体受到外来光子的照射，当外来光子的能最 n 禁带 能隙时，半导体

5、价带的电子吸收光子向高能级跃迁，称为光 吸收。Ch观半営体材斜的电学和光学特性2*2.2半导体的光学性质跃迁的过程中，电子的液矢可以看作是不变的在能带的图示上.初态和末态 几乎在一条竖直线上，价带顶 和导带底处于k空间的同一点称为竖直跃迁直接带隙半导体直接带隙半导体本征边附近光的跌迁1）竖直跃迁直接带隙半导体k空厨电子吸收光子从价带顶部满足能鱼守恒满足准动量守恒的选择定则价带顶部电子的波矢S光子的波欠2.2.2半导体的光学性质准动量守恒的选择定则hktik数（10吸收系数陡降部分叫吸收边，2为穴的吸收数近似地与波长的平方成正比。Chap2卑导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质非竖

6、直跃迁间接带隙半导体k空间电子吸收光子从价带顶部过程满足能量守恒单纯吸收光子不能使电子 由价带顶跃迁到导带底，电子在 吸收光子的同时伴随着吸收或者 发出一个声子能量守恒= tico力0饮迁到丫带底部砂态XC HM7 (Ml 0?6ap2卑导体材料的电学和光学特性Edge ofvalence bandEdge ofconducting band2.2.2半导体的光学性质非竖直跃迁 间接带隙半导体声子的能量可忽略不计能量守恒Ek= fict)力(2准动量守恒的选择定则声子的准动量邂和电子的准动量数量相仿，不计光子的动量Chap2卑导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质Ch庇李导琢甘料前

7、电学和光学特性2.2.22.2.2半导体的光学性质方 Q-方斤=tiq非竖直跃迁是一个二级过程，生几率比起竖直跃迁小得多 间接带隙半导体间接带隙半导体零带隙半导体a-Sn-带隙宽度为零2.2.2半导体的光学性质非竖直舐迁间接带隙半导休半导体带隙宽度和类别可以通过本征光吸收进行测定用电导率随温度的变 化来测定电子一空穴对复合发光本征光吸收的逆过程导带底部的电于跃迁到价带顶部的空能级，发出能量约为带隙宽度的光子导带 非竖直跃迁过程中，光子提供电子跃迁所需的能疑，声子 提供跃迁所需的动量Tuo发Edge ofvonducunjz bjndEdfzc ofviilcncc band血理半轻律材料的电学

8、和光学特性价带激子能级Eg对于浅能级杂质半导体，杂质吸收对应的光子能量很低，一般自由载流子吸收和声子吸收价带上的空穴或导带上的电子可以在其所在能带的能级间发生跃迁 光吸收。自由载流子的吸收光谱基本上是连续的，主要集中在长波波段。声子吸收也称晶格振动吸收。当光照射到半导体上，光子可以转化晶格振动的能量，从而引起光吸收。半导体材料的吸收半导体材料的吸收，从而产半导体的各种吸收机制对应的光子能量是不同的Chap2半导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质半导体的自发辐射与受激辐射导带的电子不稳定，向价带跃迁与空穴复合而放出光子一 一光辐射。如果跃迁是自发的，则光子具有随机的方向、相 位及偏

9、振态，称为自发辐射；如果受到入射光子的激励，辐射的光子与入射光子有相同 的方向、相位及偏振态，称为受激辐射。366ap2半导体材料的电学和光学待性2.2.22.2.2半导体的光学性质发光效率与材料是否为在接带隙(Direct Bandgap)仃关I前 发光二极管都采用直接带隙材料。37S 2宇仔体的！按帝駅与向It戟6ap2半导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质复合理论辐射复合非辐射复合386ap2卑导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质辐射复合直接山带间电子和空穴的复合产工 了的合9 3体凶何发Jt变迁边軽6ap2半导体材料的电学和光学特性2.2.2半导体的光学性质396矽2半导体材料的电学頼光学特性2.2.2半导体的光学性质射复合通过晶体级产工产住能级的缺陷或朵质叫做发光 中心2.2.2半导体的光学性质 直接复合Chap2半导体材料的电学和光学特性 电子在 导带