第3章 光电材料-全
(完整版)光电材料
目录目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 22.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 22.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 32.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 32.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 42.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 42.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 42.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 52.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 52.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 62.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 62.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 62.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 72.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 72.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 73 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 74 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 84.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 84.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 84.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 94.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 95 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 101前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。
光电材料
光致变色材料的类型及变色机理
• 芳基迁移反应
• 这类反应的代表为萘并萘醌类光致变色化合物，在紫外光照射 下芳氧基发生迁移，基团迁移而导致发生变色反应。其特点是 可逆循环次数高而不损伤材料；另一特点是两种变色体的稳定 性良好。将萘并萘醌类化合物引入聚合物后，其光致变色性能 受聚合物基质影响，可作为一类新型功能材料，广泛应用于光 转换和光开关等前沿领域。
• 光致变色化合物参数的介绍
光致变色体系在经历光致变色反应后，体系的很多 性质会产生很大的变化。对光致变色材料的研究， 其中一个最主要的目的就是将其应用于生活，促进 社会的发展和进步。因此，我们在研究光致变色化 合物时要注意以下几个基本概念：
光致变色化合物参数介绍
• 颜色 • 物质呈现给我们的颜色是物质在吸收了一定特殊的波 长之后，表现出来的是它互补的颜色。
光电材料
段
• 主要内容：
• 光电材料的概述 • 有机光致变色材料定义及分类 • 有机光致变色材料机理及应用
光电材料的概述
• 光电材料的重要性 • 在核能源技术、激光技术、电子计算机技术、电子与信息技术、 生物工程技术、材料技术、空间技术等新技术应用过程中，光 电材料科学的发展占有非常重要的历史地位。光电功能材料由 于其独特的光学，电学和磁学等性质已经在信息等领域得到了 重要应用。自从1960年美国科学家梅曼制造出世界上第一台红 宝石激光器以来，光电功能材料和器件迅速发展起来，尤其是 与光存储、磁光存储、光致发光和非线性光学有关的材料和器 件研究得到了快速发展。 • 20世纪90年代以来，世界光电子产业和光电应用正在以爆炸性 的速度增长。光纤正在从远距离的信息传输扩展到局域网甚至 到芯片的应用，发光二极管从单色跨越到整个彩色光谱,显示器 件从CRT逐渐向超薄超轻的平面显示器件发展。 • 光电材料是整个光电产业的基础和先导,对整个信息产业的发展 起着重要的支撑作用 。
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(完整版)光电材料-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN目录目录 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1前言--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2 有机光电材料 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32.1光电材料的分类------------------------------------------------------------------------------------------- 32.2有机光电材料的应用 ------------------------------------------------------------------------------------ 42.2.1有机太阳能电池材料 -------------------------------------------------------------------------- 42.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池---------------------------------------------------- 52.2.3有机生物化学传感器 -------------------------------------------------------------------------- 52.2.4有机光泵浦激光器------------------------------------------------------------------------------ 52.2.5有机非线性光学材料 ------------------------------------------------------- 62.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料--------------------------------- 62.2.7聚合物光纤 ----------------------------------------------------------------- 72.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系-------------------------------------- 72.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------ 72.2.10 能量转换材料 ------------------------------------------------------------- 82.2.11 染料激光器---------------------------------------------------------------- 82.2.12 纳米光电材料 ------------------------------------------------------------- 83 光电转化性能原理-------------------------------------------------------------------------- 84 光电材料制备方法-------------------------------------------------------------------------- 94.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------ 94.2 溶胶-凝胶法---------------------------------------------------------------------- 94.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD） ---------------------------------------- 104.4 激光气相合成法----------------------------------------------------------------- 105 光电材料的发展前景 ---------------------------------------------------------------------- 111前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。
光电材料在信息技术中的应用
光电材料在信息技术中的应用第一章：引言随着信息技术的飞速发展，光电技术也得到了前所未有的发展和应用。
光电材料就是在这个领域中扮演着重要角色的一种材料，它的特殊性质和优越的性能使得它在光电子学、信息技术等领域中得到广泛应用。
本文旨在从光电材料的定义和特征入手，介绍其在信息技术中的应用。
第二章：光电材料的定义和特征光电材料是一种通过光和电相互作用而发生变化和响应的材料。
这种材料的特征在于其对光和电的响应性能，以及能够将光和电能量互相转换的能力。
其特征表现在以下三个方面：1. 具有光电响应性能，可用来制造光电器件光电材料具有对光和电的响应性能，可以被用来制造光电器件，如太阳能电池、光电传感器、光电开关和光纤通信器件等。
这些器件利用光电材料对光和电的响应性能，将光和电能转换为可用的电能或信号，以满足人们对高效、节能、环保、高速的需求。
2. 具有光电转换性能，可用来制造发光材料光电材料具有光电转换性能，即能够将电能转换为光能或将光能转换为电能。
在信息技术中，这种特性被广泛应用于LED发光材料、激光器和光存储器等领域。
这些发光材料利用光电材料对光和电能的转换能力，达到高效、稳定、光纤通信的目的。
3. 具有光电调制性能，可用来制造光电调制器光电材料具有光电调制性能，即能够调制光的强度、频率和相位等参数。
这种能力被广泛应用于信息技术中的光通信和光存储等领域。
光电调制器利用光电材料对光的调制能力，实现高速、长距离的光纤通信和高密度、高速、无机械磨损的光存储。
第三章：光电材料在信息技术中的应用1. 太阳能电池——利用光电材料对光的响应性能太阳能电池是一种利用太阳能源将光能转换成电能的器件，它利用光电材料对光的响应性能实现。
太阳能电池可以处理太阳能，将其转化为可供照明和电力使用的电能。
其中最主要的光电材料是硅，但是其他材料，如多晶硅、硒化铟和碲化镉等，也可用于制造太阳能电池。
2. 光电传感器——利用光电材料对光的响应性能光电传感器是一种利用光电材料对光的响应性能进行测量和监测的设备。
第3章 光电子材料
半导体的能带和电子分布
能量 价带 Ee Eg Ef/2 Ef/2 Ef Eg Ev 价带 (a)本征半导 体 空穴 (b)N型半导体 电子 Ev Ee Ef Eg Ef Ev (c)P型半导体 Ee
• 能带——电子所处的能态扩展成的连续分布的能级。
• 价带——能量低的能带。 • 导带——能量高的能带。
第三章 光电子材料
本章基本要求：
熟悉：了解光电子信息材料的一般概念；了解半导体激
光器基础、半导体激光器材料种类极新型材料 等；了解光导纤维的种类及应用，重点掌握石 英光纤材料；了解光电显示技术的发展趋势， 常见光电显示材料的种类及其物理基础。
重点：半导体激光器基础、激光材料种类与应用；石英
光纤材料的特性与应用；光电显示材料的物理 基础。
一支功率仅为1毫瓦的氦氖激光器的亮度要比太阳光强100倍；而一台巨型 脉冲固体激光器的亮度可比太阳亮度高100亿倍。
四、激光器的分类
固体激光器：把金属离子掺入晶体或 玻璃基质中 气体激光器：原子气体、分子气体和 离子气体 按工作物质分类 液体激光器：有机染料溶液和无机化 合物溶液 半导体激光器：半导体材料
光学谐振腔的作用
• 使激光具有极好的方向性（沿轴线） • 增强光放大作用（延长了工作物质） • 使激光具有极好的单色性（选频）
激光振荡
• 激活物质在被置于光学谐振腔后，能对光的频率和方 向进行选择，可获得连续的光放大和激光振荡输出激 光起振阈值条件：腔内增益与损耗相当时开始建立稳 定的激光振荡，阈值条件为：
难点：半导体激光器基础，光电显示材料物理基础
3.0 光电子材料基础 光电子材料
光电子材料是指能产生、转换、传输、处理、存储光电子信 号的材料。 光电子材料包括：激光晶体、LD用材料、LED生产用原材 料、液晶显示器（LCD）用材料、等离子显示器（PDP）用 材料、光纤预制棒及相关材料、新型非线性光学材料等。 光电子技术主要应用于两个方面：光子作为信息的载体，应 用于信息的探测、传输、存储、处理和运算，称信息光电子 技术；光子作为能量的载体，作为高能量和高功率的束流 （主要是激光束），应用于材料加工、医学治疗、太阳能转 换、核聚变等，称能量光电子技术。
第三章-均匀半导体
v
1
dE dK
晶体中的群速度也具有同样的形式。也就是说，晶体中电子的速
度等于群速度，为
v
vg
1
dE dk
群速度正比于E-K关系曲线的斜率。因为动能是与运动相关的能 量，因此可以推断，在 处的动能 。电子的总能量是动能和势能的和， 所以，在导带底部的电子的总能量等于势能 。也就是说，
有效质量反比于E-K关系曲线的斜率。
光电材料与半导体器件
❖ 下面考察作用在电子上的力。根据经典力学 F dEP dx
❖ 在准经典力学中，对于带底附近的电子，势能 EP 等于EC
,并且F dEC
dx
图3.2一个外部电场施加在半导体棒上 （a）物理图像,(b)能带图。导带的电子被电场向右加速，在两次碰撞之间， 保持恒定的能量运动
光电材料与半导体器件
图3.5 在热产生过程中，一个价带电子需要获得额外的能量，跃迁到导带。（a）
实际图像或化学键图示。（b）能带图。在复合过程（c）中，导带的一个电子
落到价带的空穴中，导带电子和价带空穴同时消失。电子还可以通过和其他粒
子碰撞（（c）图右边）而损失一部分能量
光电材料与半导体器件
3.5 非本征半导体
❖ 4、 三维情况下，电子的（群）速度为
v
1 E (i K x
K j
K y
k
E
)
K z
❖ 5、对于每一个主要晶向，在K=0 处和简约布里渊区的边界都存在相对 极值。
❖ 6、 对于三维晶体， 关系是很难画出来的。
❖ 7、在一个能带的相对极值附近，可以定义有效质量 m，* 以便应用牛顿
定律。在极小值附近，有效质量是正的；在极大值附近，有效质量是负 的。
材料化学导论-光电材料
光电材料
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1有机収光二极管
有机电致収光的研究工作始于20 纨60 年代， 但直到1987 年柯达公司的邓青云等人采用多层膜 结构，才首次得到了高量子效率、高収光效率、 高亮度和低驱动电压的有机収光二极管 （OLED）。这一突破性迚展使OLED 成为収光 器件研究的热点。不传统的収光和显示技术相比 较，OLED 具有驱动电压低、体积小、重量轻、 材料种类丰富等优点，而且容易实现大面积制备、 湿法制备以及柔性器件的制备。近年来，OLED 技术飞速収展。
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4 有机存储器
对于某种特定材料的薄膜，两边加电压，当 场强达到一定值时，器件可能由绝缘态(0)转为导 电态(1)。通过某种刺激（如反向电场、电流脉冲、 光或热等)）又可使器件由1 态恢复到0 态。这种 器件被称之为开关器件。当外加电场消失时，0 或1 状态能够稳定存在，即具有记忆特性，成为 存储器件。相对于传统的硅存储器，有机存储器 有着易加工、低成本、可做成大面积、可制备柔 性器件、可实现三维存储（高存储容量）等诸多 优点。
光电材料 16
• 2001 年，索尼公司研制成功13 英寸全彩OLED 显示器， 证明了OLED 可以用于大型平板显示； • 2002 年，日本三洋公司不美国柯达公司联合推出了采用 有源驱动OLED 显示的数码相机，标志着OLED 的产业化 又迈出了坚实的一步；2006 年，柯尼卡美能达技术中心 开収成功了1000 cd/m2初始亮度下収光效率64 lm/W、亮 度半衰期约1万小时的OLED 白色収光器件，展示了 OLED 在大面积平板照明领域的前景。目前WOLED 最高 效率的报道来自德国Leo 教授的研究组，他们采用红绿蓝 三种磷光染料，幵采用高折射率的玻璃基板提高光叏出效 率，得到了1000 cd/m2 下效率124 lm/W 的白光器件，效 率超过了荧光灯。 • 2007 年，日本索尼公司推出了11 英寸的OLED 彩色电视 机，率先实现OLED 在中大尺寸、特别是在电视领域的应 用突破。除了在显示领域的应用，白光OLED 作为一种新 型的固态光源也得到了广泛关注。
光电材料
主要用作红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等，它的最新进展和发展方向如下：
（1）在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、人工多晶锗、氟化镁（MgF2）、人工蓝宝石和氮酸铝 等，特别是多晶氟化镁，被认为是综合性能比较好的材料。远红外材料是红外透过材料当前研究发展的重点方向 之一，8～14μm长波红外透过材料有：硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、硫化镧钙（CaLa2S4）、砷化镓 （GaAs）、磷化镓（GaP）和锗（Ge）等。ZnS被认为是一种较好的远红外透过材料，在3～12μm范围，厚2mm时， 平均透过率大于70%，无吸收峰，采取特殊措施，最大红外透过率达95.8%。国外已采用ZnS作为远红外窗口和头 罩材料，像美国的LANTRIRN红外吊舱窗口，Learjel飞机窗口等。美国Norton国际公司先进材料部每年生产上千 个ZnS头罩。ZnS多晶体的制备方法主要有两种：热压法与化学气相淀积法（CVD），CVD法制备的材料性能较好。
2.光—电直接转换方式该方式是利用光电效应将太阳辐射能直接转换成电能光—电转换的基本装置就是太阳 能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件是一个半导体光电二极管当太 阳光照到光电二极管上时光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可 以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性 和灵活性三大优点.太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用，与火力发电、核 能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染，太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站小到只供一 户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的。
（1）用各种薄膜外延技术制备大尺寸晶片，这些技术包括分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）和金属有 机化合物气相淀积（MOCVD）等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的Hg-Cd-Te薄膜，用 于制备大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、Δx=0.2±0.005、工 艺重复性好的碲镉汞单晶薄膜，64×64焦平面器件已用于型号系统、512×512已有样品。
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光电显示材料的发展
阴极射线管(CRT)在20世纪初的出现，成为活动图像的主 要显示手段。传统阴极射线发光材料如三基色：红 (Y2O2S:Eu)、蓝(ZnS:Ag)和绿(ZnS:Cu,Al)材料，还需提 高纯度，以增强显示亮度和色彩质量。 平板显示技术近年来发展的关键是解决体积过大问题，出 现了：液晶显示（LCD, Liquid Crystal Display）技术、场 致放射显示（FED, Field Emission Display）技术、等离子 体显示（PDP, Plasma Display Panel）技术和发光二极管 显示（LED, Light Emitting Diode）技术等。 在高清晰电视、可视电话、计算机、车用及个人数字化终 端显示等应用目标的推动下，显示技术正向高分辨率、大 显示容量、平板化和大型化方向发展。
器件实现光电转换，主要涉及光辐射和半导体的相互作用； •显示技术中主要考虑光的粒子性。
辐射的电磁波谱：
可见光是波长范围很窄的一部分光辐 射，其颜色决定于光的波长。 白光是各种单色光的混合光。光辐射 频段由紫外辐射、可见光和红外辐射三 部分组成。 波长小于390nm是紫外辐射，波长为 390~770nm的属可见光，波长大于 770nm的是红外辐射。
信息功能材料
第三章 光电显示材料
Hale Waihona Puke 1.1 概 述信息显示技术：
将各种形式的信息(如文字、数据、图形、图像和活动图像) 作用于人的视觉而使人感知的手段。
常用的信息显示手段：
静态的：打印机、复印机、传真机和扫描仪等，一般称为 信息的输出和输入设备。 动态的：阴极射线管(CRT)、液晶显示(LCD)、场致发射显 示(FED)、等离子体显示(PDP) 、 发光二极管显示(LED) 、 有机发光显示(OLED)技术等。
施主—受主对辐射机理具有三个重要特征:
一是如果施主或受主能级不深，这种辐射跃迁可以在施主与 受主间距离范围很宽的对中发生； 二是复合时所发射的光子能量为施主-受主对与距离r的函数 (h=E(r))，且随距离的减小而增加； 三是辐射跃迁的几率W(r)随距离的增加而降低。 这些特征导致在发射光谱上表现出特有的光谱结构特性： 1、在发射光谱上可以同时观测到尖细的分离谱线和宽的辐射 带，当激发停止后，发光衰减时，辐射带的峰随时间而移向较 低的能量值。 2、连续激发时，辐射带的峰随激发强度的增加而向较高的能 量方向移动。 3、施主—受主对复合发射光谱的形态和辐射带峰的能量位臵 随温度而变化。
实际观测到如锗与浅杂质态有关的辐射复合的辐射功率很小 (310-12W)，表明跃迁中除辐射跃迁外，还可能有发射声子的无 辐射跃迁。 计算表明，无辐射跃迁几率要比辐射跃迁几率大的多，它可以 成为浅跃迁的主要机理。 结果：复合时只有极小部分能量转变为光能。 机理：在无辐射跃迁过程中(以施主杂质为例)，首先导带的电子 被俘获于施主中心较高的受激态，然后在逐步跃迁到较低的能态， 再向下每一步跃迁的同时发射声子。
3.2 光电显示物理基础
物理过程—光电/电光转换： 由载有信息的光子群构成的光信号变换为由载有信息的电 子构成的电信号(或反之)的过程。
光电效应—半导体对光辐射的吸收和由此引起的半导体性
能的变化；
发；
电光效应—半导体中光辐射的产生及电作用对于发光的激
半导体的辐射跃迁是半导体光电/电光转换的物理基础。
从施主能级至价带的辐射跃迁，产生能量较高的辐射峰。
4. 施主与受主间的辐射跃迁
若在半导体中既存在施主杂质又存在受主杂质，就有可能发 生施主与受主之间的辐射跃迁——被施主束缚的电子和被受 主束缚的空穴相结合，同时发射出能量低于半导体禁带宽度 的光子。这是一种重要的半导体发光机制。尤其是对于间接 带隙半导体来说，因为只能利用与杂质有关的发光机制，其 中包括施主与受主间的跃迁辐射。目前有的二极管(例如GaP 发光二极管)只是利用了这种辐射跃迁来发光。 由于这种辐射复合是以 同时存在施主和受主杂 质为必要条件，而具体 的复合过程是在成对的 施主与受主之间发生的， 所以常称为施主—受主 对辐射复合。
谱线特点：
1、束缚激子进行辐射复合时,可以产生相应的辐射谱线。由于束缚 激子不能在晶体中运动，其动能接近于零，因此，一般束缚激子的 辐射谱线比自由激子的要窄得多（如，在GaAs中束缚于浅杂质的激 子谱线宽度约0.1meV，而自由激子的约1meV）。
2、与自由激子不同，束缚激子辐射谱线宽度不随温度变化。
例：锗的出射本征复合发射光谱（厚 度为1.310-3cm 的样品）： •曲线1是出射光谱的实验曲线，在 =1.75m处出现一个辐射峰。该峰 决定于由导带L能谷至价带顶的间接 辐射跃迁。 •该曲线与理论曲线不完全符合！ •理论计算得到的发射光谱曲线，除 了波峰外，在=1. 52m处还应该有 一个更强的辐射峰。 •对自吸收进行修正后的发射光谱曲线2与理论曲线一致。在 =1.52m处的辐射峰可能是由导带T能谷至价带顶的直接辐 射跃迁所引起。 •从曲线1可见，尽管直接跃迁产生的较高能量的光子被强烈地 自吸收，但在样品很薄时，还是可以检测到一部分较高能量的 辐射。这是由于直接跃迁几率比间接跃迁几率要高的多的原因。
2.激子辐射复合
激子—在光子的作用下，价带的电子受到激发但尚 不能进入导带成为自由电子，即仍然受到空穴库仑 场的作用，形成相互束缚的受激电子—空穴对，对 外呈中性，这种彼此相互束缚的受激电子和空穴组 成的系统称为激子。 （1）自由激子
•自由激子：如果激子可以在晶体中运动而不形成电流的激子。 •如果半导体受到外加激发时形成自由激子，而材料又足够纯 净，则在低温时这些自由激子可以以一定的寿命存在，在激 子湮没(即复合而消失)时，其能量可以转化为光能即发射光子。 •这时在发射光谱(h<Eg处)上可以见到窄的辐射谱线。这就是 激子辐射复合。
三. 半导体的无辐射复合
•半导体中，在辐射复合的同时也常常发生无辐射复合， 并且有些情况下无辐射复合可以是主要的复合过程。 •有时辐射内量子效率可以比1小得多，甚至小的微不足道。 相应的自由载流子寿命也比考虑辐射复合过程时要低几个 数量级（如，室温时理论计算纯锗的辐射复合寿命为0.3s， 但实际测得寿命为毫秒数量级，有时甚至低于1s。因而 在锗中存在无辐射复合过程的可能性比辐射复合至少要大 1000倍）。 •——在研究半导体中电子和空穴对的复合问题时，不仅 需要考虑辐射复合，而且需要考虑无辐射复合。 •——在复合机理研究方面具有重要的理论意义，对提高 材料与器件的辐射效率也有一定的实际意义。
1、本征辐射跃迁
发生辐射跃迁的条件：系统处于非平衡状态。 若某种产生非平衡载流子的激发作用于半导体，要首先考虑 本征辐射跃迁。 本征辐射跃迁：指电子从导带至价带的带间辐射跃迁。
根据半导体能带结构的不 同，本征辐射跃迁分为直 接跃迁和间接跃迁两种。 1、直接辐射跃迁：
由于直接带隙半导体的吸 收系数较大，与之成正比 的辐射强度也较强。从而， 很多发光器件是采用直接 带隙半导体制造的。
辐射跃迁：由电信号变换为光信号的发光过程； 无辐射跃迁：俄歇（Auger）复合、表面复合等；
——影响半导体的发光效率 ！
一、光辐射与光
•光辐射是电磁辐射，具有波粒二象性—波动性和粒子性： •光的波动性：可以解释反射、折射、衍射和偏振等现象。 •光的粒子性：可解释吸收、发射和光电效应等现象。光电子
3、束缚激子的基态能级位于自由激子基态能级之下，因而，在其他 条件相同的情况下，束缚激子的辐射谱线相对于自由激子谱线向波 长较长的方向移动。
3.能带与杂质能级之间的辐射跃迁
(1) 浅跃迁
电子从导带至电离的浅施主或从电离的 浅受主至价带的辐射跃迁。
由杂质电离能决定的发射光子的波长位 于远红外区.
在直接带隙半导体中：
自由激子复合通过直接辐射跃迁所发射光子的能量为 h=Eg-Ex 式中Ex —自由激子的束缚能或离解能。激子受激状态的离解能 为n=1的激子基态离解的1/n2。在n=时离解能为零。使得自由 激子复合所产生的光辐射可以由一系列窄谱组成。随n的增加， 辐射谱线迅速减弱，同时当存在别的辐射过程时难以分辨出这 些n大的激子辐射（如低温时在高纯的砷化钾光致发光光谱上 仅识别到了 n=1和n=2的自由激子复合耦合辐射谱线）。
在能量超过辐射阀值时两者的增 长速率不同（间接跃迁较快,如 图），但由于间接跃迁几率要比 直接跃迁几率小的多，所以间接 跃迁的辐射强度要比直接跃迁要 弱的多。
自吸收（或再吸收）：
半导体对于自己本征辐射的吸收作用。 自吸收会影响出射的光谱形状。在间接带隙半导体中，存 在直接本征辐射的自吸收过程。 在理论上，考虑到自吸收或再吸收，通常要将本征辐射区 辐射强度与波长的关系做一定的修正。
2、间接辐射跃迁
在间接带隙半导体中,可发 生从导带所有被占态至价带 空态的辐射跃迁。但为了满 足动量守恒，必须涉及中间 过程。可能性最大的满足动 量守恒的中间过程是发射声 子（或吸收声子）——间接 辐射跃迁。 间接跃迁的发射光谱特点为间接带隙半导体的吸收系 数大体上与(h-Eg)2成正比。
直接跃迁与间接跃迁的区别：
(2) 束缚激子
•如果激子局限于某个中心附近，则称为束缚激子。半导体中存在杂 质时，可以形成束缚激子。 •构成这种激子的电子和空穴局限于杂质中心附近，而不能在晶体中 自由运动。 •受到电离施主或受主束缚的激子可以为由空穴与中性施主或电子与 中性受主形成。如果在杂质中心同时合并电子和空穴，则形成束缚 于中性施主或受主的激子。
二、半导体的辐射跃迁
辐射跃迁：伴随有发射光子的电子跃迁。它是与吸收跃迁相反 的过程。 当电子从较高能级跃迁到较低能级时，这两个能级的能量差可 以由电磁辐射的形式发射出来。在辐射跃迁中作为初态的较高 能级和作为终态的较低能级是各式各样的，可以是基本能带能 态，也可以是杂质能级，或者一个是能带能态，另一个是杂质 能级。 各种不同的辐射跃迁机理就是由这些能态的不同情况决定的。