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光电子学
第五章 光辐射的探测
第十八讲 ;问题一：波导制造技术的目标？ ;第十七讲要点回顾 ;问题三：外延生长条件? ;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 ;?;;第十八讲要点 ;§5-1 物质中的光吸收;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： ;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：
直接跃迁（仅光子）；
间接跃迁（不仅光子）。 ;半导体波矢k，电子吸收光子跃迁到波矢k’态，k和k’：
?光子动量h/?，与能带电子动量（T=300K，电子?量级 5×10-7cm）比极小（?0）
电子吸收能量，动量不变——准动量守恒（?0）； ;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=）： ;价带顶能量O点，电子初态Ei与末态Ef对应：
抛物线能带结构：
则（下页）
m?折合质量；
m*N，m*P电子与空穴有效质量。 ;推导(5-1-7)式： ;h?Eg，光吸收系数：
A，B常数，跃迁几率Pif，计算得B
e电子电量；n折射率。 ; Eg，h?单位eV
对任何k成立，某些材料，k=0电子直接跃迁禁止，
k≠0直接跃迁，跃迁几率Pif∝k2，吸收系数：
m*N=m*P=m，n=4： ;(5-1-11)与(5-1-14)比，区别：
(5-1-14)多一项(h? -Eg)/h?
k=0附近， h?-Eg≈0.01eV，h?~1eV，(h?-Eg)/h?=0.01eV/1eV=0.01，?2?1
k=0被禁止直接跃迁几率比直接跃迁低得多。 ;动量守恒：
略光子动量：
q声子波矢，“–”发出“+”吸收声子 ;声子能量EP，跃迁能量守恒定律：
间接与直接跃迁不同，价带每个被电子占据态， 和导带全部空态联系。
能量Ei初态密度：
能量Ef末态密度：
(5-1-17)代入(5-1-19)： ;吸收系数?电子与声子互作用几率f(NP)，NP能量EP声子数。得：
积分上限
对某光子?产生间接跃迁最低初态能量
直接跃迁（仅光子）。 ;其中: ;量子统计，电子吸收声子几率：
(5-1-22)代入(5-1-21)，吸收一个声子间接跃迁吸收系数： ;Eg-EPh? Eg+EP，发生吸收声子跃迁；
h? Eg+EP，吸收声子和发射声子跃迁都发生。
总吸收系数：
h? Eg-EP，跃迁不发生，a=0，
5-1-4光激发，发射与吸收声子示意图。 ;吸收（间接跃迁）：
依赖EM与电子互作用，
依赖电子与晶格（声子）互作用。 ;§5-1 物质中的光吸收;10-100?m红外波段，固体有光子和晶格振动互作用引起吸收区。 离子晶体或离子性强化合物（GaAs）存在强晶格振动吸收带。
晶格原子振动由若干不同基本波动按波叠加原理组合成，基波——格波。
与电子波相似，格波失q格波?及传播方向，|q|=1/?
晶体，同q格波不止一个：
原胞一原子，每个q三格波；
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