バンド間遷移による光吸収
半導体の光吸収
直接遷移と間接遷移
半導体の吸収係数の波長依存性
遷移と吸収係数
直接遷移型半導体の吸収係数
• 許容直接遷移
α(ħω)=(ħω-Eg)1/2
• 禁止直接遷移
α(ħω)=Ａ(ħω-Eg)3/2
• 許容間接遷移
α(ħω)=Ａ(ħω-Eg-±ħωp)2
• 禁止間接遷移
α(ħω)=Ａ(ħω-Eg-±ħωp)3
1
吸収係数から光学ギャップを
求める方法
間接遷移の吸収係数
α(ħω)=Ａ(ħω-Eg-±ħωp)2
フォノンの吸収
ħω
フォノンの放出
Electron scattering by phonon
Phonon emission
Photon absorption
Photon absorption
hole scattering by phonon
Phonon absorption
Siの光吸収係数スペクトル
フォノンの放出
フォノンの吸収
2
励起子吸収
自由励起子の分散
ワニエ・モット形励起子
直接遷移型半導体の光吸収
励起子の解離エネルギーは4.5meV
Eg=Eex(1)+ Eb
=1.5150+ 0.0045
=1.5195 eV
励起子遷移
バンドギャップ
Eg
バンド間遷移
励起子束縛エネルギー
3
Eg-Eex(n)=EB/n2
GaAsの光吸収スペクトル
励起子は熱エネルギーで解離
Eg=Eex+EB
n=1とn=2の二つの励起子吸収ピークが測定された場合、
２つの吸収ピークの差のエネルギー差 {Eg－Eb(1)/4} – {Eg－Eb(1)} = Eb(1) 3/4 の
4/3倍から励起子束縛エネルギー求められる。
バンドギャップエネルギー
n=1の吸収ピークエネルギーと励起子束縛エネルギーの和
として正確に求めることができる。
Cu2Oの低温での光吸収スペクトル
禁止直接遷移
4