5. Внутризонноепоглощение

Валентнаязонабольшинстваполупроводниковсостоитизтрехподзон,как,например,вгермании(рис.4.15).Имеютсяподзоны«тя-

желых»и«легких»дырок,которыевырожденыпри

k0,иподзона,

отщепленнаяотнихзасчетспин-орбитальноговзаимодействия.Впо-лупроводникахстакимэнергетическимстроением,когдауровеньФермирасполагаетсявблизивалентнойзоны,возможныоптическиепереходы,какэтопоказанонарис.4.15.

E

^Ev₁

а

v

b

с E

2

E_v3k

Рис.4.15.Схематическаядиаграммасизо-бражениемвалентныхподзонивозможных

междузонныхпереходов[4.15]

Какотмечалосьвпредыдущемподпараграфе,оптическиемежду-зонныепереходывозможны,когдаэлектронпереходитвлежащеевы-шепустоесостояние.Этоограничиваетобластьпереходовдостаточноузкойобластьюэнергийупотолкавалентнойзоны(условнопоказанонарис.4.15горизонтальнойлинией).Ввалентнойзонесэнергетиче-скойструктурой(рис.4.15)возможнытритипапереходов:a–иззоны

легкихдырок

E_v2взонутяжелыхдырок

E_v1;b–изспин-орбитально

отщепленнойзоны

E_v3взонутяжелыхдырок

E_v1;c–изспин-

орбитальноотщепленнойзоны

E_v3взонулегкихдырок

E_v2.Коэффи-

циентпоглощениязависитотстепенилегированияматериала,пропор-ционаленконцентрациидырокиненаблюдаетсявматериалеп-типапроводимости.Нарис.4.16показанаспектральнаязависимостькоэф-фициентапоглощениядлягермания.

Коэффициентпоглощения,см^–1

200

100

80

60

50

40

30

20

10

8

6

5

4

3

2

1

0,02 0,050,1 0,2 0,5 1,0

Энергияфотона,эВ

Рис.4.16.Коэффициентпоглощенияпривнутризон-ныхпереходахвгерманиир-типапроводимости:

сплошнаялиния–Т=300К;штриховая–Т=77К[4.15]

Пиксэнергией0,4эВотноситсякпереходам

E_vE_v,апикс

энергией0,3эВ–кпереходамE_v

3 1

E_v.Принизкихтемпературах,

3 2

когдауровеньФермиблизкоподходитквалентнойзоне,этидвапиканеразрешаютсяисливаютсяводин.Наконец,широкийпикпрималых

энергияхфотонаприписываетсяпереходамE_v

E_v.

2 1

Вполупроводникахп-типавозможнывнутризонныепереходыме-ждуразличнымиподзонамизоныпроводимости.Интенсивностьэтихпереходовзависитотэнергетическойструктурыполупроводникаивозрастаетсростомконцентрацииэлектронов,причемвозможныкакпрямые,такинепрямыепереходы.