0引起本征吸收最低
➢ (5-1-1)，引起本征吸收最低本征吸收光谱长波限：
0
hc Eg
1.24 Eg
(m)(5 1 2)
➢ 各半导体，Eg不同，0不同； ➢ 几种半导体Eg0
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
四、激子吸收 五、杂质吸收
➢ 量子阱：2种不同半导体相间排列成，明显量子限制效 应电子或空穴势阱。
➢ 特征： 量子阱宽度限制（足够小形成），载流子波函数一 维向局域化。 三明治结构，中间很薄层半导体膜，外侧两隔离层。
第十七讲要点回顾
问题五：平板波导的主要应用
光开关、 光调制器、 干涉滤波器。
光电子技术的研究内容
光源
传输
四、激子吸收 五、杂质吸收
1. 直接跃迁（只有光子） 2. 间接跃迁（不仅光子）
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
➢ 图E(k)曲线，动量不变（k=0），电子前后态同垂线上——
直接跃迁——跃迁（跃迁前后波矢=）： k ' k (5 1 4)
Ef ➢ Ⅲ-Ⅴ族GaAs，InSb及Ⅱ-Ⅵ族
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
推导(5-1-7)式：
h
Eg
2k 2 2m*N
2k 2 2mP*
2k 2 2
(
1 m*N
1 mP*
)
2k 2 2m*
(5 1 7)
E f h | Ei | (5 1 5)
h Eg E f | Ei | Eg
其中： 1 m*
1 m*N
第十七讲要点回顾
问题二：波导的制造的过程
1. 平板波导加工 2. 基片的制备 3. 波导膜的沉积与生长 4. 材料的改性 5. 刻 蚀 6. 金属板印刷
第十七讲要点回顾
问题三：外延生长条件?
① 吸附原子表面扩散速率； ② 基体与薄膜材料结晶相容性（共格）； ③ 基体表面状态。
第十七讲要点回顾
问题四：量子阱及其特征？
5×10-7cm）比极小（0） h=6.6310-34J/s 电子动量 p mv
hk' hk 光子动量 0
直接跃迁特点： k' k (5 1 4)
➢ 电子吸收能量，动量不变——准动量守恒（0）；
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
§5-2 光探测的基本物理效应
四、激子吸收 五、杂质吸收
1. 直接跃迁（只有光子） 2. 间接跃迁（不仅光子）
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
➢ 半导体波矢k，电子吸收光子跃迁到波矢k’态，k和k’：
hk' hk 光子动量(5 13)
➢ 光子动量h/，与能带电子动量（T=300K，电子量级
半导体，导带极小值与价带极
大值同k——直接带隙半导体。
➢ 光照，电子跃迁几率大。
Ei
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
四、激子吸收 五、杂质吸收
1. 直接跃迁（只有光子） 2. 间接跃迁（不仅光子）
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
光电探测技术：把被调制光信号转变成电信号并将其提出技术。
➢ 光通过物质，与其电子，激子，晶格振动，杂质作用——光吸收。 ➢ 由能量大小，材料能级结构，掺杂物性质，光吸收：
光吸收
直接跃迁 本征吸收
间接跃迁 晶格振动吸收 自由载流子的光吸收 激子吸收
物理与微电子科学学院
School of Physics and Microelectronics Science
光电子学 第五章 光辐射的探测 第十八讲
湖南大学 物理与微电子科学学院，王玲玲
2016 年 3 月
第十七讲要点回顾
问题一：波导制造技术的目标？
➢ 同基片上制造大量小型互联装置， 及光电二极管、半导体激光器
)
2k 2 2m*
(5 1 7)
价带顶能量0
Ei
E=0
m折合质量； m*N，m*P电子与空穴有效质量。
|Ei| 由价带顶能量为0点确定
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
四、激子吸收 五、杂质吸收
1. 直接跃迁（只有光子） 2. 间接跃迁（不仅光子）
1 mP*
h E f | Ei |
Ef
Eg
2k 2 2m*N
2k 2 Ei 2mP* (5 1 6)
§5-1 物质中的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
§5-4 光辐射的探测方法
➢ 能带间直接跃迁，准动量守恒，跃迁几率Pif 常数，与光子能量无关。
➢ 价带顶能量O点，电子初态Ei与末态Ef对应：E f h | Ei （| 5 1 5）
Ef
抛物线能带结构：
Eg
2k 2 2m*N
➢ 则（下页）
Ei
2k 2 2mP*
(5 1
6)
Ef
h
Eg
2k 2 2
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
➢ 理论分析： 电子从价带到导带跃迁满足能量守恒、 动量守恒。
➢ 电子跃迁： 满足选择定则。
➢ 根据能级结构，本征吸收： 1. 直接跃迁（仅光子）； 2. 间接跃迁（不仅光子）。
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
调制
探测
成像
显示
5
光辐射的探测
§5-1 物质中的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应 §5-3 光辐射探测过程中的噪声 §5-4 光辐射的探测方法
第十八讲要点
1 吸收现象
2
本征、 晶格振动、 自由载流子、
激子、 杂质吸收
3
结合固体 （半导体） 中几种光吸 收过程特点
§5-1 物质中的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
杂质吸收
§5-1 物质中的光吸收
一、本征吸收 二、晶格振动吸收 三、自由载流子的光吸收
§5-2 光探测的基本物理效应
四、激子吸收 五、杂质吸收
§5-3 光辐射探测过程中的噪声
§5-4 光辐射的探测方法
➢ 半导体本征吸收：电子吸收光子能量，价带跃到导带。
➢ 价带顶与导带底间跃迁； ➢ 条件：
光子能量>或=Eg，能量与动量守恒定律： h Eg h 0 (5 11)