101半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)

1、第10章 半導(dǎo)體的光電特性本章討論光與半導(dǎo)體相互作用的一般規(guī)律，用光子與晶體中電子、 原子的相互作用來(lái)研究半導(dǎo)體的光學(xué)過(guò)程、重點(diǎn)討論光吸收、光電導(dǎo)與發(fā)光，以及這些效應(yīng)的主要應(yīng)用。§10、1半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)一、折射率與吸收系數(shù)(Refractive index & Absorption coefficient)固體與光的相互作用過(guò)程，通常用折射率、消光系數(shù)與吸收系數(shù)來(lái)表征。在經(jīng)典理論中，早已建 立了這些參數(shù)與固體的電學(xué)常數(shù)之間的固定的關(guān)系。1、折射率與消光系數(shù)(Extinction coefficient)按電磁波理論，折射率定義為N2 r i 0式中，中與b分別就是光的傳播介

2、質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)與電導(dǎo)率，就是光的角頻率。顯然，當(dāng)bW0時(shí),N就是復(fù)數(shù)，因而也可記為2N n ik(10-1)兩式相比，可知2, 2n k r, 2nk (10-2)0式中，復(fù)折射率N的實(shí)部n就就是通常所說(shuō)的折射率，就是真空光速c與光波在媒質(zhì)中的傳播速度 v 之比;k稱為消光系數(shù)，就是一個(gè)表征光能衰減程度的參量。這就就是說(shuō)，光作為一種電磁輻射，當(dāng)其在不帶電的、 /0的各問同性導(dǎo)電媒質(zhì)中沿 x方向傳播時(shí)，其傳播速度決定于復(fù)折射率的實(shí)部 ，為 c/n;其振幅在傳播過(guò)程中按 exp( cokx/c)的形式衰減，光的強(qiáng)度Io則按exp(-2 cokx/c)衰減，即.2 kx.I I°exp(

3、 )(10-3)c2、吸收系數(shù)光在介質(zhì)中傳播而有衰減，說(shuō)明介質(zhì)對(duì)光有吸收。用透射法測(cè)定光在介質(zhì)中傳播的衰減情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)介質(zhì)中光的衰減率與光的強(qiáng)度成正比，即生I dxI I°e比例系數(shù)的大小與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，稱為光的吸收系數(shù)。對(duì)上式積分得(10-4)上式反映出的物理含義就是：當(dāng)光在媒質(zhì)中傳播1/距離時(shí)，其能量減弱到只有原來(lái)的1/e。將式(10-4)(10-3)與式(10-4)相比，知吸收系數(shù)式中入就是自由空間中光的波長(zhǎng)。3、光學(xué)常數(shù)n、k與電學(xué)常數(shù)的關(guān)系解方程組(10-2)可得2 2 n2 1 r1 (1 ) ； k21 r1 (1 )2r 02r 0式中，n、k、b與都就是對(duì)同一頻率而

4、言，它們都就是頻率的函數(shù)。當(dāng)產(chǎn)0時(shí),n = 1/2,k匕0這說(shuō)明，非導(dǎo)電性介質(zhì)對(duì)光沒有吸收，材料就是透明的；對(duì)于一般半導(dǎo)體材料，折射率n約為34。吸收系數(shù) 除與材料本身有關(guān)外，還隨光的波長(zhǎng)變化。-1代表光對(duì)介質(zhì)的穿透深度。對(duì)于吸收系數(shù)很大的情況(例如,“ =1 乂cm-1),光的吸收實(shí)際上集中在晶體很薄的表面層內(nèi)。小結(jié):光在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播與光在電介質(zhì)中的傳播相似。所不同的就是 ：在電介質(zhì)中，電磁波 的傳播沒有衰減；而在導(dǎo)電媒質(zhì)中，如在半導(dǎo)體與金屬內(nèi)，波的振幅隨著透入的深度而減小、即存在 光的吸收。這就是由于導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)部有自由電子存在，波在傳播過(guò)程中在媒質(zhì)內(nèi)激起傳導(dǎo)電流，光波的部分能量轉(zhuǎn)換為電

5、流的焦耳熱。因此 ，導(dǎo)電媒質(zhì)的吸收系數(shù)決定于電導(dǎo)率。二、反射率、吸收率與透射率一個(gè)界面對(duì)入射光的反射率 R定義為反射能流密度與入射能流密度之比，透射率T定義為透射能流密度與入射能流密度之比。按能量守恒，同一界面必有 R+ T=K定義一個(gè)物體對(duì)入射光的透射率T為透出物體的能流密度與入射物體能流密度之比。按能量守恒，必有R+T+A=1,A即為吸收率。1、光在界面的反射與透射(注意糾正參考書中“系數(shù)”與“率”的混亂 )當(dāng)光波(電磁波)照射到物體界面時(shí)，必然發(fā)生反射與折射。一部分光從界面反射，另一部分則穿透界面進(jìn)入物體。當(dāng)光從空氣垂直入射于折射率為N=n-ik的物體界面時(shí)，反射率圖10-3 Eg與萬(wàn)的

6、對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)于吸收性很弱的材料，k很小,反射率R只比純電介質(zhì)的稍大；但折射率較大的材料，其反射率也較 大。譬如n=4時(shí)淇反射率接近40%。在界面上，除了光的反射外，還有光的透射。規(guī)定透射率 T為透射能流密度與入射能流密度之比。由于能量守恒，在界面上透射系數(shù)與反射系數(shù)滿足關(guān)系T=1-Ro2、有一定厚度的物體對(duì)光的吸收如圖10-1所示，以強(qiáng)度為I。的光垂直入射空氣中具有均勻厚度d與均勻吸收系數(shù)的物體，物體前后界面(入射面與出射面)都會(huì)對(duì)入射光有反射與透射，反射率皆為R,但這兩個(gè)界面各自的入射光強(qiáng)度顯然不同。入射面的入射光強(qiáng)度為I0,反射光強(qiáng)度為 RI0,透入物體的光強(qiáng)度就是(1 R)l0；經(jīng)過(guò)物體的

7、吸收衰減之后到達(dá)出射界面的光的強(qiáng)度就就是 (1 R)l0exp( aj,最后透過(guò)出射面的光強(qiáng)度就應(yīng)等于 (1 R)2l0exp( a()o不考慮光在物體中的多次反射 ，則厚度為 d的均勻吸收體對(duì)入射光的透射率按定義可得透射光強(qiáng)度,6 2cdT 、 .、|，口目.(1 R) e入射光強(qiáng)度''考慮光在兩界面之間的多次反射之后，容易證明(作業(yè))：(1 R)2e d11R2e 2 d§10、2半導(dǎo)體的光吸收材料吸收輻射能導(dǎo)致電子從低能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)或激活晶格振動(dòng)。半導(dǎo)體有多種不同的 電子能級(jí)與晶格振動(dòng)模式 ，因而有多種不同的光吸收機(jī)構(gòu)，不同吸收機(jī)構(gòu)通常對(duì)應(yīng)不同輻射波長(zhǎng)，具

8、有不同的吸收系數(shù)。半導(dǎo)體中導(dǎo)致電子從低能帶躍遷到高能帶的吸收，不同于孤立原子中電子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷的吸收。孤立原子中的能級(jí)就是不連續(xù)的，兩能級(jí)間的能量差就是定值，因而電子在其間的躍遷只能吸收一個(gè)確定能量的光子 ，出現(xiàn)的就是吸收線；而在半導(dǎo)體中，與原子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的就是一個(gè)由 很多能級(jí)組成的能帶，這些能級(jí)實(shí)際上就是連續(xù)分布的，因而光吸收也就表現(xiàn)為連續(xù)的吸收帶。一、本征吸收價(jià)帶電子吸收光子能量向高能級(jí)躍遷就是半導(dǎo)體中最重要的吸收過(guò)程。其中，吸收能量大于或等于禁帶寬度的光子使電子從價(jià)帶躍遷入導(dǎo)帶的過(guò)程被稱為本征吸收。1、本征吸收過(guò)程中的能量關(guān)系理想半導(dǎo)體在絕對(duì)零度時(shí)，價(jià)帶內(nèi)的電子不可能被熱激發(fā)到更

9、高的能級(jí)。唯一可能的激發(fā)就是吸收一個(gè)足夠能量的光子越過(guò)禁帶躍遷入空的導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴，形成電子一空穴又t即本征吸收。本征吸收也能在非零溫度下發(fā)生。發(fā)生本征吸收的條件就是h h 0 Eg（10-5）hw就是能夠引起本征吸收的最低限度光子能量。因此，對(duì)于本征吸收光譜，在低頻方面必然存在一個(gè)頻率界限 為（或說(shuō)在長(zhǎng)波方面存在一個(gè)波長(zhǎng)界限%）。當(dāng)頻率低于 w或波長(zhǎng)大于 為時(shí),不可能產(chǎn)生本征吸收，吸收系數(shù)迅速下降。吸收系數(shù)顯著下降的特定波長(zhǎng)而（或特定頻率 w）稱為半導(dǎo)體的本征吸收限。圖10-2給出幾種半導(dǎo)體材料的本征吸收系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系，曲線短波端陡峻地上升標(biāo)志著本征吸收的開始。根據(jù)式（10

10、-5）,并應(yīng)用關(guān)系式尸c/%可得出本征吸收的長(zhǎng)波限頌單位為m）與材料禁帶寬度Eg（單位為eV）的換算關(guān)系為0 1.239/Eg利用此換 算關(guān)系 可根據(jù)禁 帶寬度 算出半導(dǎo)體的本 征吸收 長(zhǎng)波限。例如，Si（Eg=1、12eV）的 加1.1m;GaAs（Eg=1、43eV）的 融=0.867 m,兩者的 吸收限都在紅 外區(qū)；CdS（Eg=2、42eV）的 為0.513m,在可見光區(qū)。圖10-3就是幾種常用半導(dǎo)體材料本征吸收限與禁帶寬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖10-2本征吸收曲線2、本征吸收過(guò)程中的選擇定則在光口下，電子因吸收光子的躍遷過(guò)程 ，除了能量必須守恒外，還必須滿足準(zhǔn)動(dòng)量守恒。設(shè)電子躍遷的初、末兩態(tài)

11、的波矢分別為k與k',則準(zhǔn)動(dòng)量守恒可表示為如下條件hk -卜卜=光子動(dòng)量由于在半導(dǎo)體中參與電子躍遷的光子的動(dòng)量遠(yuǎn)小于電子的動(dòng)量k k，可忽略不計(jì)，上式可近似為，或說(shuō)半導(dǎo)體中的電子只在沒有明顯波矢改變的兩個(gè)狀態(tài)之間才能發(fā)生只吸收光子的躍遷。這就就是電子躍遷的選擇定則。這說(shuō)明，電子因吸收光子而發(fā)生的躍遷基本上沒有波矢的改變3、直接躍遷與間接躍遷1)直接躍遷與直接禁帶半導(dǎo)體參照?qǐng)D10-4所示的一維 E(k)曲線可見，為了滿足選擇定則，吸收光子只能使處在價(jià)帶中狀態(tài) A的電子躍遷到導(dǎo)帶中 k相同的狀態(tài)B。A與B在E(k)曲線上位 于同一豎直線上。這種躍遷稱為直接躍遷。在 A到B的直接躍遷中所吸收

12、的光子能量 hv與圖中 垂直距離相對(duì)應(yīng)。 顯然，對(duì)應(yīng)于不同的k,垂直距離各不相等。 就就是說(shuō)，與任何一個(gè)k值相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能量差相當(dāng)?shù)墓庾佣加锌赡鼙晃?而能量最小的光子對(duì)應(yīng)于電子從價(jià)帶頂?shù)綄?dǎo)帶底的躍遷，其能量即等于禁帶寬度Eg。由此可見，本征吸收形成一個(gè)連續(xù)吸收帶，并具有一長(zhǎng)波吸收限m=Eg/h。因而從光吸收譜的測(cè)量可以求出禁帶寬度Eg。在常用半導(dǎo)體中，III- V族的GaAs、InSb及n -VI族等材料，導(dǎo)帶極小值與價(jià)帶極大值對(duì)應(yīng)于相同的波矢，常稱為直接禁帶半導(dǎo)體。這種半導(dǎo)體在本征吸收過(guò)程中發(fā)生電子的直接躍遷。由理論計(jì)算可知，在直接躍遷中 量的關(guān)系為：，如果對(duì)于任何k值的躍遷都

13、就是允許的，則吸收系數(shù)與光子能(hA(hEg)1/2 當(dāng) hEg(hEg式中A基本為一常數(shù)。2)間接躍遷與間接禁帶半導(dǎo)體但就是,不少半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底與價(jià)帶頂并不像圖10 4所示那樣具有相同的波矢，例如錯(cuò)與硅。這類半導(dǎo)體稱為間接禁帶半導(dǎo)體 對(duì)這類半導(dǎo)體，任何直接躍遷所吸收的光子能量都應(yīng)該比其禁帶寬度，其能帶結(jié)構(gòu)如圖Eg大得多。因此10-5所示。，若只有直接躍遷，這類半導(dǎo)體應(yīng)不存在與禁帶寬度相當(dāng)?shù)墓庾游铡＿@顯然與實(shí)際情況不符。這個(gè)不符意味著在本征吸收中除了有符合選擇定則的直接躍遷外，還存在另外一種形式的躍遷 ，如圖105中的0一S躍遷。在這種躍遷過(guò)程中，電子不僅吸收光子，同時(shí)還與晶格振動(dòng)交換一定的

14、能量圖10-4電于的直接躍遷圖10-5直接躍遷與間接躍遷即放出或吸收一個(gè)或多個(gè)聲子。這時(shí),準(zhǔn)能量守恒不可能就是電子與光子之間所能滿足的關(guān)系，更主要的參與者應(yīng)該就是聲子。這種躍遷被稱為非直接躍遷，或稱間接躍遷。對(duì)這種由電子、光子與聲子三者同時(shí)參與的躍遷過(guò)程 ，能量關(guān)系應(yīng)該就是h 0iEp=電子能量差 E其中Ep代表聲子的能量，“+”號(hào)就是吸收聲子，“-”號(hào)就是發(fā)射聲子。因?yàn)槁曌拥哪芰糠浅Ｐ?數(shù)量級(jí)在百分之幾 eV以下，可以忽略不計(jì)。因此,粗略地講，電子在躍遷前后的能量差就等于所吸收 的光子能量，h©只在Eg附近有微小的變化。所以，由非直接躍遷得出與直接躍遷相同的關(guān)系，即E= h 0=

15、Eg從第4章已知，聲子也具有與能帶中電子相似的準(zhǔn)動(dòng)量。對(duì)波矢為q的格波，聲子的準(zhǔn)動(dòng)量就是hq。在非直接躍遷過(guò)程中，伴隨聲子的吸收或發(fā)射，動(dòng)量守恒關(guān)系得到滿足，可寫為(hk - hk)± hq =光子動(dòng)量即電子的動(dòng)量差土聲子動(dòng)量=光子動(dòng)量。略去光子動(dòng)量，得k k q式中，“土”號(hào)分別表示電子在躍遷過(guò)程中吸收或發(fā)射一個(gè)聲子。上式說(shuō)明，在非直接躍遷過(guò)程中，電子波矢的改變只能通過(guò)發(fā)射或吸收適當(dāng)?shù)穆曌觼?lái)實(shí)現(xiàn)。例如在圖105中,電子吸收光子而從價(jià)帶頂躍遷到導(dǎo)帶底的 S狀態(tài)時(shí)，必須吸收一個(gè)q=ks的聲子，或發(fā)射一個(gè)q=ks的聲子。總之，光的本征吸收過(guò)程中，如果只考慮電子與電磁波的相互作用 ，則根據(jù)

16、動(dòng)量守恒要求，只可能 發(fā)生直接躍遷；但如果還考慮電子與晶格的相互作用 ，則非直接躍遷也就是可能的，這就是由于依靠 發(fā)射或吸收一個(gè)聲子，使動(dòng)量守恒原則仍然得到滿足。由于間接躍遷的吸收過(guò)程一方面依賴于電子與電磁波的相互作用，另一方面還依賴于電子與晶格的相互作用，故在理論上就是一種二級(jí)過(guò)程。發(fā)生這樣的過(guò)程，其概率要比只取決于電子與電磁 波相互作用的直接躍遷的概率小很多。因此，間接躍遷的光吸收系數(shù)比直接躍遷的光吸收系數(shù)小很多。前者一般為11 x 103cm-1數(shù)量級(jí)，而后者一般為1 x 104i x 106cm-1。由理論分析可知，當(dāng)h v> Eg+Ep時(shí)吸收聲子與發(fā)射聲子的躍遷都可發(fā)生；當(dāng)Eg

17、 EpVhK Eg+Ep時(shí)，只能發(fā)生吸收聲子的躍遷；當(dāng)八KEg Ep時(shí),躍遷不能發(fā)生，=0。圖10-6(a)就是Ge與Si的本征吸收系數(shù)與光子能量的關(guān)系。Ge與Si就是間接帶隙半導(dǎo)體，光子能量h折Eg時(shí),本征吸收開始。隨著光子能量的增加，吸收系數(shù)首先上升到一段較平緩的區(qū)域，這圖10-6 Ge、Si(a)與GaAs(b)本征吸收系數(shù)與能量的關(guān)系對(duì)應(yīng)于間接躍遷；隨著h V的增加，吸收系數(shù)再一次陡增，發(fā)生強(qiáng)烈的光吸收，表示直接躍遷的開始。GaAs就是直接帶隙半導(dǎo)體，光子能量大于h3后,一開始就有強(qiáng)烈吸收，如圖10-6(b)所示。由此可知，研究半導(dǎo)體的本征吸收光譜不僅可以根據(jù)吸收限決定禁帶寬度，還有助

18、于了解能帶的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，也可作為區(qū)分直接帶隙與間接帶隙半導(dǎo)體的重要依據(jù)。二、其她吸收過(guò)程實(shí)驗(yàn)證明，波長(zhǎng)比本征吸收限 力長(zhǎng)的光波在半導(dǎo)體中往往也能被吸收。這說(shuō)明，除了本征吸收外,還存在著其她的光吸收過(guò)程：主要有激子吸收、雜質(zhì)吸收、自由載流子吸收等。1、激子(exciton) 吸收在低溫日發(fā)現(xiàn)，某些晶體在本征連續(xù)吸收光譜出現(xiàn)以前，即hy Eg時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一系列吸收線但產(chǎn)生這些吸收線的過(guò)程并不產(chǎn)生光電導(dǎo)，說(shuō)明這種吸收不產(chǎn)生自由電子或空穴。在這種過(guò)程中，由于光子能量hy Eg,價(jià)帶電子受激發(fā)后雖然躍出了價(jià)帶，但還不足以進(jìn)入導(dǎo)帶 而成為自由電子，仍然受到空穴的庫(kù)侖場(chǎng)作用。實(shí)際上，受激電子與空穴互相束縛而結(jié)

19、合在一起成為一個(gè)新的系統(tǒng)，稱這種系統(tǒng)為激子，產(chǎn)生激子的光吸收稱為激子吸收。激子在晶體中某處產(chǎn)生后并不一定停留在該處，也可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)。 固定不動(dòng)的激子稱為束縛激子，可以移動(dòng)的激子稱為自由激子。由于激子就是電中性的，因此自由激子的運(yùn)動(dòng)并不形成電流。激子可以通過(guò)兩種途徑消失：一種就是熱激發(fā)或其她能量的激發(fā)使激子分離成為自由電子與空穴;另一種就是通過(guò)復(fù)合而消失，同時(shí)以發(fā)射光子(或同時(shí)發(fā)射光子與聲子)的方式釋放能量。激子中電子與空穴之間的作用類似氫原子中電子與質(zhì)子之間的相互作用。因此，激子的能態(tài)也與氫原子相似，由一系列能級(jí)組成。如電子與空穴都有各向同性的有效質(zhì)量mn*與mp*,則按氫原子的能級(jí)公

20、式，激子的束縛能應(yīng)為nexq4c 2 21 2 2 mV8 0 i h n其中q就是電子電量,n就是整數(shù)，m*= m n* m p*/ (m n*+ m p*),就是電子與空穴的折合質(zhì)量。 由上式可 見,激子有無(wú)窮個(gè)能級(jí)。n=1時(shí),就是激子的基態(tài)能級(jí) Eex;n = 8時(shí)，E " ex=0,相當(dāng)于導(dǎo)帶底能級(jí)，表示電 子脫離空穴的束縛進(jìn)入導(dǎo)帶 ，同時(shí)空穴也獲得自由。圖10-7與圖10-8分別為激子能級(jí)與激子吸收光譜示意圖。在激子基態(tài)與導(dǎo)帶底之間存在著 一系列激子的受激態(tài)，如圖10-7所示。圖10-8中本征吸收長(zhǎng)波限以外的激子吸收峰.相當(dāng)于價(jià)帶電子躍遷到相應(yīng)的激子能級(jí)。圖中第一個(gè)吸收峰相

21、當(dāng)于價(jià)帶電子躍遷到激子基態(tài)，吸收光子的能量就是h尸Eg- I E1ex I ;第二個(gè)吸收峰相當(dāng)于價(jià)帶電子躍遷到n=2的受激態(tài)。n>2時(shí),因?yàn)榧ぷ幽芗?jí)已差下多就是連續(xù)的，所以吸收峰已分辨不出來(lái)，并且與本征吸收光譜合到一起。圖10-7激子能級(jí)圖圖10-8激子吸收光譜半導(dǎo)體中的激子能級(jí)非常密集，激子吸收線與本征吸收的長(zhǎng)波限差別不大，常常要在低溫下用極高分辯率的測(cè)試儀器才能觀察到。對(duì)Ge與Si等半導(dǎo)體，因?yàn)槟軒ЫY(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且有雜質(zhì)吸收與晶格缺陷吸U的干擾，激子吸收更不容易被觀察到。因此,觀察激子吸收需要使用純度較高、晶格缺陷很少的樣品。2.自由載流子吸收對(duì)于一般半導(dǎo)體材料，當(dāng)入射光子的頻率不夠高

22、，不足以引起本征吸U或激子吸收時(shí)，仍有可能 觀察到光吸收，而且其吸收強(qiáng)度隨波長(zhǎng)增大而增加，如圖10-9所示。這就是自由載流子在同一帶內(nèi)的躍遷（如圖10-10所示）引起的，稱為自由載流子吸收。這種躍遷同樣必須滿足能量守恒與動(dòng)量守恒關(guān)系。與本征吸收的非直接躍遷相似 ，電子的躍遷圖10-9 Si的吸收曲線圖10-10自由載流子吸收在一些p型半導(dǎo)體材料中還觀察到另一種類型的自由載流子吸收。例如在 p型Ge中發(fā)現(xiàn)三以圖個(gè)自由載流子吸收峰。p型GaAs等材料中也有類似情況。 這種情況跟價(jià)帶的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖10-11具有重疊結(jié)構(gòu)的自由載流子吸收10-11所示的Ge的價(jià)帶為例，該價(jià)帶由三個(gè)獨(dú)立的能帶組 成，

23、每一個(gè)波矢k對(duì)應(yīng)于分屬三個(gè)帶的三個(gè)狀態(tài)。價(jià)帶頂 實(shí)際上就是由兩個(gè)簡(jiǎn)并帶組成，空穴主要分布在這兩個(gè)簡(jiǎn)并帶頂?shù)母浇?，第三個(gè)分裂的帶則經(jīng)常被電子填滿。在 p-Ge的紅外光譜中觀測(cè)到的三個(gè)波長(zhǎng)分別為3、4,4、7與20 m的吸收峰，分別對(duì)應(yīng)于圖10-11中的c、b與a躍 遷過(guò)程。這個(gè)現(xiàn)象就是確定價(jià)帶重疊的重要依據(jù)。3雜質(zhì)吸收束縛在雜質(zhì)能級(jí)上的電子或空穴也可以引起光的吸收。雜質(zhì)能級(jí)上的電子可以吸收光子躍遷 到導(dǎo)帶；雜質(zhì)能級(jí)上的空穴也同樣可以吸收光子躍遷到價(jià)帶。這種光吸收稱為雜質(zhì)吸收。由于束縛 狀態(tài)并設(shè)有一定的準(zhǔn)動(dòng)量，這樣的躍遷過(guò)程不受選擇定則的限制。這說(shuō)明，電子（空穴）可以躍遷到任意的導(dǎo)帶（價(jià)帶）能級(jí)，因而應(yīng)當(dāng)引起連續(xù)的吸收光譜。引起雜質(zhì)吸收的最低的光子能量h均顯然等于雜質(zhì)上電子或空穴的電離能 Ei （見圖10-12中a與b的躍遷力因此，雜質(zhì)吸收光譜也具有長(zhǎng)波吸收限 場(chǎng)該吸收限由雜質(zhì)電離能 Ei=h w決定。一般情況下，電子向?qū)У滓陨系妮^高能級(jí)躍遷，或空穴向價(jià)帶頂以下的較低能級(jí)躍遷的概率都比較小，因此，雜質(zhì)吸收光譜主要集中在吸收限