Warum der Halbleiter mit direkter Bandlücke einen höheren optischen Absorptionskoeffizienten erhält als Halbleiter mit indirekter Bandlücke

Ich kann verstehen, dass Halbleiter mit direkter Bandlücke kein Phonon benötigen, um Licht zu absorbieren. Aber in folgender Formel:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDer optische Absorptionskoeffizient ist proportional zum Quadrat von H v in der indirekten Bandlücke und der Quadratwurzel von H v in der direkten Bandlücke.

Bedeutet dies nicht, dass der optische Absorptionskoeffizient in der indirekten Bandlücke eine größere Ableitung erhält als in der der direkten Bandlücke?

Warum erhält der Halbleiter mit direkter Bandlücke einen höheren optischen Absorptionskoeffizienten als ein Halbleiter mit indirekter Bandlücke?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Antworten (2)

Die dreidimensionale Natur eines kristallinen Festkörpers führt zu einer gerichteten Elektronenbesetzung. Wenn ein Valenzbandmaximum und ein Leitungsbandminimum nicht in derselben Elektronenimpulsrichtung auftreten, ist eine Lichtabsorption, die andernfalls bei der Bandlückenenergie auftreten würde, sehr unwahrscheinlich. Dies liegt daran, dass das Elektron, das an Energie zunimmt (wobei es die Energie des Photons aufnimmt), auch seinen Impuls ändern muss, um diesen Übergang abzuschließen. Photonen haben genug Energie, aber NICHT genug Impuls, um diesen Quantensprung zu bewirken. Das Material mit direkter Lücke hat also eine höhere Photonenabsorptionsrate, da der "leichte" Kurzsprungübergang nicht durch Impulserhaltung ausgeschlossen ist.

Es wird Absorption aufgrund komplexerer Wechselwirkungen geben, an denen ein drittes Teilchen beteiligt ist (normalerweise ein Phonon, das absorbiert oder erzeugt wird), aber diese treten im Vergleich zur einfacheren direkten Elektronenförderung mit einer sehr geringen Rate auf.

Ich denke, Sie versuchen, das für eine bestimmte Energielücke zu sagen E Als "indirekt" zu betrachten ist der Impulsausgleich P ist größer als der Impuls eines Energiephotons E . Mit anderen Worten, P ≫ E / C .
Die Fermi-Fläche ist eine Darstellung im reziproken Raum (ähnlich wie ein 3-D-Schmoo-Diagramm) des Impuls-gegen-Energie-Charakters in einem Kristall. Die Ausrichtung der Ausbuchtungen auf dieser (symmetrischen) Oberfläche bestimmt, ob die Bandlücke direkt oder indirekt ist, unabhängig von der Größe.
Ok, fragen Sie sich jetzt, was passiert, wenn die Wölbungen um weniger als versetzt werden E / C Wo E ist die Energielücke.

Ergänzend zur Antwort von @Whit3rd: Ich denke, was OP zu fragen versucht, ist eher, wie es kommt, dass die Absorption im direkten Halbleiter aus qualitativen Gründen höher ist, aber die Formel sagt uns, dass die Ableitung D a / D ( H v ) ist niedriger für den Fall einer direkten Bandlücke?

Zu beachten ist, dass diese Formeln nur für Photonenenergien nahe der Bandlückenenergie gelten. Und nahe der Bandlückenenergie skaliert zwar der Absorptionskoeffizient indirekter Halbleiter schneller mit der Energie, aber nur in einem bestimmten Bereich. Wenn wir die Photonenenergie noch weiter erhöhen, werden irgendwann auch direkte Übergänge erlaubt und die Formel für den Absorptionskoeffizienten ändert sich.

Auch die Proportionalität sagt uns nicht automatisch, ob sie höher oder niedriger ist, sodass eine schnellere Skalierung nicht den qualitativen Argumenten von @Whit3rd widerspricht.

Warum der Halbleiter mit direkter Bandlücke einen höheren optischen Absorptionskoeffizienten erhält als Halbleiter mit indirekter Bandlücke
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 1v