半导体材料吸收光子能量转换成电能是光电器件的工作基础。光垂直入射到半导体表面时，进入到半导体内的光强遵照吸收定律：

I_x=I₀(1-r)e^-αx

光垂直入射于半导体表面时发生反射与吸收

I_x：距离表面x远处的光强

I₀：入射光强

r：材料表面的反射率

α：材料吸收系数，与材料、入射光波长等因素有关

本征吸收与非本征吸收：

本征吸收:

    半导体吸收光子的能量使价带中的电子激发到导带，在价带中留下空穴，产生等量的电子与空穴，这种吸收过程叫本征吸收。

    产生本征吸收的条件：入射光子的能量（hν）至少要等于材料的禁带宽度E_g。即

hν≥E_g

从而有

ν₀≥E_g/h

λ₀≤h/E_g=1.24μm·eV/E_g

h：普朗克常数

c：光速

ν₀：材料的频率阈值

λ₀：材料的波长阈值

几种重要半导体材料的波长阈值

材料 温度/K E_g /eV λ/μm 材料 温度/K E>g /eV λ/μm Se 300 1.8 0.69 InSb 300 0.18 6.9 Ge 300 0.81 1.5 GaAs 300 1.35 0.92 Si 290 1.09 1.1 Gap 300 2.24 0.55 PbS 295 0.43 2.9 　 　 　 　

 

 

 

 

非本征吸收：

[各种非本征吸收的示意图，表示出不同能量光子的不同吸收非本征吸收包括杂质吸收、自由载流子吸收、激子吸收和晶格吸收等。

杂质吸收：杂质能级上的电子（或空穴）吸收光子能量从杂质能级跃迁到导带（空穴跃迁到价带），这种吸收称为杂质吸收。杂质吸收的波长阈值多在红外区或远红外区。

自由载流子吸收：导带内的电子或价带内的空穴也能吸收光子能量，使它在本能带内由低能级迁移到高能级，这种吸收称为自由载流子吸收，表现为红外吸收。

激子吸收：价带中的电

子吸收小于禁带宽度的光子能量也能离开价带，但因能量不够还不能跃迁到导带成为自由电子。这时，电子实际还与空穴保持着库仑力的相互作用，形成一个电中性系统，称为激子。能产生激子的光吸收称为激子吸收。这种吸收的光谱多密集与本征吸收波长阈值的红外一侧。

晶格吸收：半导体原子能吸收能量较低的光子，并将其能量直接变为晶格的振动能，从而在远红外区形成一个连续的吸收带，这种吸收称为晶格吸收。

半导体对光的吸收主要是本征吸收。对于硅材料，本征吸收的吸收系数比非本征吸收的吸收系数要大几十倍到几万倍，一般照明下只考虑本征吸收，可认为硅对波长大于1.15μm的可见光透明。

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