半导体物理第九章--半导体的光学性质.pptVIP

由于pn结内建电场E0的作用,结两边的光生少数载流子发生定向移动。P区光生电子穿过pn结进入n区,而n区光生空穴穿过pn结进入p区,使p端电势升高,n端电势降低,于是pn结两端形成了光生电动势,即pn结的光生伏特效应。由于光照产生的载流子的定向移动在pn结内部形成由n区流向p区的光生电流IL,同时光生电压产生后相当于在p区加正向电压,产生正向电流IF。随着IF的增大,当IF和IL相等时,pn结两端建立稳定的电势差Voc,称为开路电压。若将pn结与外电路连接起来,会有电流通过电路,pn结起到电源的作用,这也是光电池的工作原理。9.3半导体的光生伏特效应金属-半导体接触结构中的光生伏特效应当一定频率范围的光照射在P型半导体阻挡层,阻挡层中的本征吸收产生光生非平衡载流子对,导带的光生非平衡电子在内电场E0作用下被拉向金属一边,而价带光生非平衡空穴被E0拉向半导体一边,形成一股由金属流向半导体的光生电流IL。光生电流使半导体一边带上正电荷而金属一边带上负电荷,相当于在阻挡层两边加上正向电压而使势垒降低,形成一股与光生电流相反的正向电流IF。当光生电流与正向电流达到平衡状时,金属和半导体之间建立起稳定的光生伏特电势差。9.3半导体的光生伏特效应++__ILIFP-n结光生电流表示式中:A为pn结面积；为两侧扩散长度(Ln+Lp)内电子-空穴对的平均产生率；Ln和Lp分别为电子和空穴的扩散长度。9.3半导体的光生伏特效应二、光电池的电流电压关系现在考虑pn结型光电池的电流电压特性:当特定频率的稳定光照射光电池时，假设光电池两端的光生电压为V，这个电压就相当于加在阻挡层（或pn结）上的正向偏压，通过阻挡层的正向电流式中:V为光电池的光生电压；Is为反向饱和电流。9.3半导体的光生伏特效应光电池与负载相连后,负载上流过的电流I上式是光电池的伏安特性。由此可得9.3半导体的光生伏特效应光电池开路电压（I=0）光电池短路电流（V=0）9.3半导体的光生伏特效应无光照有光照第九章 半导体的光学性质●9.1 半导体的光吸收●9.2 半导体的光电导●9.3 半导体的光生伏特效应●9.4 半导体发光及半导体激光本章重点讨论光与半导体相互作用的一般规律,以光子与半导体中的电子、原子的相互作用来研究半导体的光学性质，主要讲解以下四个方面：9.1半导体的光吸收

9.1.1吸收系数,反射系数和透射系数1半导体的光吸收系数用透射法测定光在媒质（半导体）中的衰减时发现,光的衰减与光强成正比,若引入正比例系数α（光吸收系数）光强在半导体媒质中的衰减规律I0表示在表面（x=0）处入射光的强度α的物理意义:光入射导半导体内被吸收，使光强减小到原值的1/e时，光波在半导体中所传播的距离即是吸收系数的倒数。由电磁场理论,光波在媒质（半导体）中传播,光强I随传播距离x的变化式中,ω为光波角频率；c为光速；k为消光系数吸收系数表示式λ为入射光在自由空间的波长,k为媒质的消光系数。对于吸收系数很大的情况（例如）,光的吸收实际上集中在晶体很薄的表面层里。9.1半导体的光吸收

9.1.1吸收系数,反射系数和透射系数2反射系数和透射系数当光波（电磁波）照射到导电媒质界面时，必然发生反射和折射。考虑光从空气垂直入射于折射率N=n+ik的媒质界面时:反射系数:指界面反射能流密度和入射能流密度之比，用R表示（n为媒质折射率）透射系数:指透射能流密度和入射能流密度之比值，用T表示（d是半导体样品厚度）9.1半导体的光吸收

9.1.1吸收系数,反射系数和透射系数光吸收:光在电介质中传播时强度衰减的现象,即产生光的吸收。电子吸收光子能量后将发生不同的跃迁（即能量状态密度）1.本征吸收:电子由价带向导带的跃迁所引起的光吸收，它是最重要的吸收，又叫基本吸收。 本征吸收的特点是产生电子-空穴对,从而引起光电导。9.1半导体的光吸收

9.1.2本征吸收⑴不同能带的状态之间；⑵同一能带的不同状态之间；⑶禁带中能级与能带之间2.本征吸收长波限μm本征吸收9.1半导体的光吸收

9.1.2本征吸收3.光吸收时半导体中电子的跃迁要求——能量守恒,准动量守恒。