《半导体材料中的吸收损耗》一文深入探讨了不同类型的半导体材料在光电子器件中所经历的吸收损耗机制,分析其对光学性能的影响,并提出减少此类损失的方法。
半导体材料的吸收主要表现为带边吸收、带间吸收以及自由载流子吸收三种形式。当光子能量超过禁带宽度时,价带中的电子会被激发到导带上。因此,在传输光线的过程中,波长需要大于光波导材料的吸收入射边缘波长,即1.1微米以上。
自由载流子在半导体材料中具有显著的影响,并且会同时改变折射率的实部和虚部部分。这种现象可以通过Drude方程来描述其吸收系数随载流子浓度的变化:
\[ \alpha(\lambda) = \frac{\pi e^2 (N_c + N_e)}{m_{ce} m_{ch}}\left(1-\frac{i}{q}\right)\sqrt{\frac{c}{uc uh \epsilon_0}} \]
其中,\(e\)代表电子电荷;\(c\)表示真空中的光速;\(u_c\)是电子迁移率;\(u_h\)为空穴迁移率;\(m_{ce}\)为电子的有效质量; \(m_{ch}\) 为空穴的有效质量;\((N_e)\) 是自由电子的浓度, \((N_h)\) 表示自由空穴的浓度。同时,\(\epsilon_0\)是真空中的介电常数,而\(\lambda\)则是光波长。