Ръбът на основното абсорбция лента

самостоятелна абсорбция ръб.

Характерна особеност на полупроводници - рязкото увеличение на коефициента на поглъщане в малък спектрален диапазон. Чисти полупроводници са повече или по-малко прозрачни за фотони, чиято енергия е по-малко от ширината на забранената групата. Например, в Германия абсорбционен коефициент к в тази област може да бъде по-малък, обаче, когато енергията на фотон подходи стойности лента разликата да се повиши бързо smgh в обхвата на енергия от порядъка на най-високи енергии, полупроводници се характеризират с по същество метален абсорбция. Парцелът се нарича рязко увеличение на присъщата абсорбция ръба на лентата. Това усвояване е свързано с предизвиканите електронни преходи от валентност лента за проводимата зона.

Подробно изследване на основното абсорбция ръб дава информация за ширината на междината, електронните състояния на лента проводимост и валентност лента, както и естеството и размера на оптични преход вероятности. Тези данни са от особено значение, тъй като тя е състояние в непосредствена близост до Bandgap определя повечето оптични и електрически характеристики на полупроводници, включително лазерни параметри.

Има два вида interband оптични преходи: преки и косвени. Директен преход възниква спонтанно или под влияние на въздействието на електромагнитно поле. скорост на електрона в същото време остава почти непроменена. В случай на непряко прехода от промените в електронен инерция. Електронни не само взаимодейства с фотоните, но също така и с дефект на решетка (фононите, примеси атоми, размествания и др.).

Въпреки че вероятността за непреки преходи са склонни да 2-

3 порядъка по-малко от вероятността за директни преходи, делът на тези процеси е силно зависима от структурата на енергийните ленти. Така че е необходимо да се разглежда отделно от двете възможности: а) минимум група проводимост и валентната максимално банда са в една и съща точка в зоната на Брилуеново, т.е. тези екстремуми са разположени в различни точки на зоната на Брилуеново (Фигура 19) ....

Нека първо разгледаме първия случай. Като се има предвид, че продуктът е способността за усвояване на коефициента на поглъщане намери [87]

Фиг. 19. преки и косвени оптични преходи в полупроводници

където плътността на лъчиста енергия за единица обем

Тъй като електрон държави в валентната зона и лента проводимост са описани от Блок функции (2.37), елемент матрица (6.15) в сближаването на дипол, могат да бъдат представени като [107]

В израза (6.25) е функция, въведена от всички стойности значително различни от нула, е функция променлив и електрон вълна вектори на същия порядък на взаимното решетка постоянно и значително по-добър следователно могат да бъдат заменени с Следователно, за директни оптични преходи на електронен импулс остава непроменена ,

Ако приемем, за простота, че крайната точка на зони, характеризиращи се с изотропни ефективни маси и след това енергийната зависимост на вектора на вълната ще бъдат изразени чрез следните формули:

Тук дъното на лентата проводимост и валентност групата, съответно, разликата група, намалена маса,

Използването на (6.26), въз основа на (2.20), ние откриваме, намалената плътността на състоянията на единица обем:

Както вече споменахме, когато правилата за подбор на вълновия вектор Gind на дадените от (6.20). Заместването обратно стойност (6,28), като се приема и при използване на (6.24), стигаме до следното уравнение за коефициента на поглъщане с директни преходи

По принцип, в зависимост от честотата, така да се намери под формата на ръба на поглъщане, е необходимо да изрази тази зависимост изрично. За тази цел, ние се разлагат матрица елемент eyarso в правомощията на около точката

и ние трябва да замести в (6.29) само първата ненулева план в серията. В този случай, може да се окаже, че или първи случай на прехода се нарича разрешение, във втория - забранено. Следователно, с оглед на (6.27), ние откриваме, коефициентите на поглъщане за разрешени и забранени преходи [107, 108]:

Както се вижда лесно, честота зависимостта на са значително различни, и това е напълно определена от симетрията на вълновата функция на мястото.

Ако енергията на максималната валентност лента изместен в к-пространството по отношение на минимума в зона на проводимост, в такава система също са възможни преки преходи, както и възможните непреки преходи в системите, обаче, в случай на преки преходи kschshktah вече няма да определят границите на абсорбционния спектър. В квантово-механична теорията на абсорбция с участието на непреки преходи разработени в [108, 109]. Тук ние се ограничаваме до качествена обсъждане на въпроса. Допълнителна информация може да се намери в [107, 110, 111].

Оператор взаимодействие на електрони с решетъчни дефекти може да се счита като операторът на смущение след това в рамките на смущение теория, вероятността за преход на електрон от едно състояние в друго, се определя от два оператора на смущения

При изчисляване на матричните елементи на смущение оператор използва вълна функции, описващи началните и крайните състояния на електроните и дефекти решетъчни като фотони.

Законът за запазване на енергията е под формата на косвени преходи

където фонон енергия; - енергия, съответно, считано от края на лентата проводимост и валентната зона. Горният знак (6.32) съответства на емисията на фонон, нисш - абсорбцията.

Минималната честота на светлина, която може да се абсорбира се определя от състоянието дадена стойност на промените на енергия от до Тъй като плътността на състоянията в зоните се оставя брой двойки преходи в спектралния диапазон ще бъде изразена от интеграл

По този начин, коефициент на поглъщане за непряка прехода от абсорбция на фонон е пропорционална

Освен това, тя трябва да бъде пропорционално на броя на самите фотони с енергия, която е равна на:

Като се има предвид още, че вероятностите за преходи от усвояването на един фонон преход вероятности са свързани с емисиите на коефициент на поглъщане фонон може да се изрази

Последно формула е валидна за Ако вторият план в (6.34) следва да бъде заличена. За наличието на различни видове вибрации (акустична и оптична надлъжни и напречни клонове), коефициента на поглъщане се определя от сумата от гледна точка на вида (6.34). За непреки право и забранените преходи в [108], получени от:

Експериментално коефициента на поглъщане на дори чист полупроводник не е равно на нула на границата, съответстваща на широчината на забранена лента, и монотонно намалява. Причините за това явление ще бъдат обсъдени в § 8.