Když se světlo šíří v optické látce, část energie fotonu je přeměněna na jiné formy energie (např. teplo). Tato ztracená energie je absorbovaná látkou. Elektrony atomů mohou přejít na vyšší energetický stav a excitovat se z valenčního pásu do vodivostního pásu kvůli absorpci energie fotonů. Tento proces doprovází vznik páru e–-h+ (elektron-díra).
Nejdůležitějším jevem v případě absorpce záření v polovodiči je vznik páru e–-h+. Každý pohlcený foton způsobí přechod elektronu z valenčního pásma do vodivostního pásma. Foton je pohlcen v polovodiči, pokud je energie fotonu větší než šířka pásma (energetická vzdálenost), která je spojená s přechodem, Eg.
Zakázané pásmo, Eg, je rozdíl energie vyjádřen v jednotkách eV (elektronvolty) mezi horní částí valenčního pásu a spodní částí vodivostního pásu v izolátorech a polovodičích. Elektronová afinita polovodiče, χ, je šířka vodivostního pásu vyjádřená v eV. Energie Fermiho, EF, indikuje nejvyšší energetický stav, který lze obsadit při teplotě 0 K. Energetické stavy položené výše než EF jsou prázdné až k úrovni vakua.
Eg = Ec – Ev
kde Ec a Ev je energie odpovídající horní části valenčního pásu a spodní části vodivostního pásu. Na Obr. 6 je znázorněn mechanizmus absorpce a energetický pásmový diagram.
Polovodič |
Eg (eV) |
χ(eV) |
křemík: Si |
1,11 |
4,05 |
arsenid galia: GaAs |
1,42 |
4,07 |
germanium: Ge |
0,66 |
4,13 |
fosfid india: InP |
1,35 |
4,5 |
fosfid galia: GaP |
2,26 |
3,8 |
Pro každou vlnovou délku, λ, dopadajícího světelného svazku, Io, který prochází látkou, je intenzita svazku, I, snížená rozptylem a absorpcí. Lambertův zákon určuje přenos a absorpci takto:
I = Io·e–αL
kde α je koeficient absorpce; α (m-1) je funkcí λ.