半导体物理课件

半导体光学庞智勇山东大学物理学院本幻灯片参照刘恩科等所著《半导体物理学》【美】J.I.潘可夫著《半导体中的光学过程》编写半导体物理SemiconductorPhysics主要内容光学常数之间的关系光吸收过程辐射跃迁（半导体发光）光电导光生伏特半导体激光半导体光学器件半导体物理SemiconductorPhysics光学常数之间的关系吸收系数折射率反射系数透射系数半导体物理SemiconductorPhysics吸收系数半导体物理SemiconductorPhysics假设光辐射过程是一个频率为v，速度为υ且沿x方向传播的平面波：在一个半导体中传播，半导体的折射系数为复数光辐射的传播速度与真空中传播速度c有如下关系：所以半导体物理SemiconductorPhysics半导体物理SemiconductorPhysics入射的光在一块电导率为σ的材料中传播了一段距离x之后，剩下的光功率所占的比例为吸收系数得出吸收系数：这里的k是nc的虚部，称为“消光系数”半导体物理SemiconductorPhysics

用透射法测定光的衰减时，发现媒质中光的衰减与光强度成正比，引入比例系数α，得积分可得式中α是与光强度无关的比例系数，称为媒介的吸收系数。

α的物理意义：相当于光在媒介中传播1/α距离时能量减弱到原来的能量的1/e半导体物理SemiconductorPhysics折射系数半导体物理SemiconductorPhysics

辐射光穿过一块不带电的、具有磁导率为μ、介电常数为ε、电导率为σ的均匀半导体传播时，它遵守麦克斯韦方程：半导体物理SemiconductorPhysics那么又根据传说中的0半导体物理SemiconductorPhysics一维因此半导体物理SemiconductorPhysics化简在所有半导体中，我们都认为μ=1半导体物理SemiconductorPhysics考虑到实部与虚部分别相等联解，得半导体物理SemiconductorPhysics当σ趋于零（如绝缘材料）时，n趋于且消光系数k趋于零，材料变成透明的。半导体的折射系数及其能隙之间，有经验关系莫斯Moss定则半导体物理SemiconductorPhysics反射系数半导体物理SemiconductorPhysics

对垂直入射情况，影响辐射强度的反射系数可由下式给出：当k=0时，即在透明范围，可得出如果n=0，则R=1，半导体是全反射的半导体物理SemiconductorPhysics在n或k为零这种情况，根据要求σ=0，光在材料中没有损耗。如果不为零，则材料既非全透明也非全反射，光传播过程中有损耗。可由吸收系数α来表示这种损耗n，k都很大时，值差距很小，反射系数也趋于1半导体物理SemiconductorPhysics载流子有效质量的测定半导体物理SemiconductorPhysics可用介质的极化率χ来表示其介电常数ε：当以自由电子浓度N来表达χ，可写成结合知道了n，k，N，ε，χ可以得出载流子的有效质量半导体物理SemiconductorPhysics透射率半导体物理SemiconductorPhysics如果样品厚度为x，吸收系数为，反射系数为R，则入射光穿过第一个界面时为，达到第二个界面处为，光第一次出射部分仅为。

在内部反射的部分，会经过多次反射、吸收、透射过程。

透射率是由透过的光功率与入射的光功率的比值来定义的。半导体物理SemiconductorPhysics半导体物理SemiconductorPhysics透射的总和为透射率半导体物理SemiconductorPhysics如果R