描述半导体光学性质的物理量有哪些

如果用适当波长的光照射半导体，
那么电子在吸收了光子后将由价带跃迁到导带，
而在
价带上留下一个空穴，
这种现象称为光吸收。
半导体材料吸收光子能量转换成电能是光电器
件的工作基础。光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律：



0
1
x
x
I
I
r
e





式中，
x
I
表示距离表面
x
远处的光强；
0
I
为入射光强；
r
为材料表面的反射率；

为材料
吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关。

1

本征吸收

半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，
在价带中留下空穴，
产生等量的电
子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。

要发生本征光吸收必须满足能量守恒定律，也就是被吸收光子的能量要大于禁带宽度
g
E
，即
g
h
E


，从而有：

0
0
1.24
g
g
g
E
h
hc
E
m
eV
E









其中
h
是普朗克常量，
ν
是光的频率．
c
是光速，
ν0
：材料的频率阈值，
λ0
：材料的波长阈
值，下表列出了常见半导体材料的波长阀值。

几种重要半导体材料的波长阈值

电子被光激发到导带而在价带中留下一个空穴，
这种状态是不稳定的，
由此产生的电子、
空穴称为非平衡载流子。
隔了一定时间后，
电子将会从导带跃迁回价带，
同时发射出一个光
子，光子的能量也由上式决定，
这种现象称为光发射。光发射现象有许多的应用，
如半导体
发光管、
半导体激光器都是利用光发射原理制成的，
只不过其中非平衡载流子不是由光激发
产生，
而是由电注入产生的。
发光管、
激光器发射光的波长主要由所用材料的禁带宽度决定，
如半导体红色发光管是由
GaP
晶体制成，而光纤通讯用的长波长（
1.5μm
）激光器则是由
Ga
x
In
1-x
As
或
Ga
x
In
1-x
As
y
P
1-y
合金制成的。