Оптические свойства арсенида индия.

Наибольший практический интерес представляет спектральный диапазон в близи края собственного поглощения. Именно в этой области длин волн (3-5 мкм) работают фотоприемники, изготовленные из эпитаксиальных структур арсенида индия.

Поглощение света в толстом полупроводника может быть описано выражением

------I=I0(1-k)×exp(-aX),------(1)

где I0 - интенсивность падающего излучения, k - коэффициент отражения, a - коэффициент поглощения, X - координата.

Величина коэффициента отражения в близи края собственного поглощения не превышает 30-40% и может быть оценена из выражения

------(2)

где n - показатель преломления.

В полупроводниках, как правило, одновременно работает несколько механизмов поглощения света. Основные из них:

собственное или фундаментальное поглощение;

эксионное;

поглощение свободными носителями;

решетчатое;

внутризонное.

Полный коэффициент поглощения в случае одновременного участия нескольких механизмов поглощения равен:

. ------(3)

В указанном диапазоне длин волн 3-5 мкм и обычно используемой области температур 77-300 К работает в основном два механизма: собственное поглощение и поглощение на свободных носителях. В области собственного поглощения прямозонная структура арсенида индия обуславливает резкую зависимость коэффициента поглощения от энергии:

,

(4)

где e - заряд электрона, h - постоянная Планка, с - скорость света. В арсениде индия n-типа величина Еg=0.35 эВ при Т=300 К, а показатель степени в выражении для a=0.85 n=1, в материале р-типа Еg=0.36 эВ, а n=0.5.

В легированных образцах за счет малой эффективной массы электронов с увеличением концентрации носителей происходит быстрое заполнение зоны проводимости электронами, в следствии чего уровень Ферми находится выше дна зоны проводимости на величину энергии DEn. В этом случае коэффициент поглощения описывается выражением

------(5)

т.е. происходит сдвиг края поглощения в сторону больших энергий.

Поглощение на свободных носителях в области длин волн, превышающих 3 мкм, хотя слабее, чем собственное, тем не менее может играть значительную роль в сильно легированных образцах. В этом случае a описывается выражением

------(6)

где n - показатель преломления, s - проводимость, l - длина волны,

Оценки показывают, что при l=3 мкм и n=1018 см-3 в пластине арсенида индия толщиной 400 мкм поглотится около 80% светового потока.

Copyright © 2026 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru