Keď sa svetlo šíri materiálom, časť energie fotónov sa premení na iné formy energie (napr. teplo). Táto stratená energia je absorbovaná materiálom. Elektróny atómov môžu prejsť do vyššieho energetického stavu a excitovať sa z valenčného pásma do vodivostného pásma vďaka absorpcii energie fotónov. Tento proces je sprevádzaný vznikom párov e–-h+ (elektrón-diera).
Najdôležitejším javom v prípade absorpcie žiarenia v polovodiči je vznik párov e–-h+. Každý pohltený fotón spôsobí prechod elektrónu z valenčného pásma do vodivostného pásma. Fotón je pohltený v polovodiči, ak je energia fotónu väčšia ako šírka zakázaného pásma Eg materiálu.
Zakázané pásmo Eg je rozdiel energie vyjadrený v jednotkách eV (elektrónvolty) medzi hornou časťou valenčného pásma a spodnou časťou vodivostného pásma v izolantoch a polovodičoch. Elektrónová afinita polovodiča χ je šírka vodivostného pásma vyjadrená v eV. Fermiho energia EF indikuje najvyšší energetický stav, ktorý je možné obsadiť pri teplote 0 K. Energetické stavy položené vyššie než EF sú prázdne až po úroveň vákua.
Eg = Ec – Ev
kde Ec a Ev sú energie zodpovedajúce hornej časti valenčného pásma a spodnej časti vodivostného pásma. Na obr. 6 je znázornený mechanizmus absorpcie a energetický pásmový diagram.
Polovodič |
Eg (eV) |
χ(eV) |
kremík: Si |
1,11 |
4,05 |
arzenid gália: GaAs |
1,42 |
4,07 |
germánium: Ge |
0,66 |
4,13 |
fosfid india: InP |
1,35 |
4,5 |
fosfid gália: GaP |
2,26 |
3,8 |
Pre každú vlnovú dĺžku λ dopadajúceho svetelného zväzku Io, ktorý prechádza materiálom sa intenzita zväzku I zníži rozptylom a absorpciou. Lambertov zákon určuje prenos a absorpciu:
I = Io·e–αL
kde α je koeficient absorpcie; α (m-1) je funkciou λ.