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内光电效应

当价带中的电子吸收了能量大于禁带宽度的光子就能够跃迁到导带中，与此同时在价带中留下空穴，统称为光生载流子，由此产生的附加导电现象称为光电导。在外场驱使下光生载流子贡献的电流称为光电流。这种光电子效应因发生在半导体内，故称为内光电效应。内光电效应是一切光电子接收和能量转换器件的基础。

外光电效应

半导体中电子吸收较高能量的光子而被激发成为热电子，有可能克服晶格场的束缚逸出体外成为自由电子,这又称光电子发射效应。图2是一个具有理想表面的半导体的能带图，EC、EV分别表示导带底和价带顶,E0为体外真空能级,x为电子亲和势(表示导带底的电子逸出体外所需克服的晶体束缚能),EF为费米能级位置,φ为逸出功,ET=x+EV为光电子发射阈能。

半导体表面对环境气氛和接触材料很敏感。表面层对外来电荷(正的或负的电荷)的吸附引起表面能带的弯曲(向上或向下)，剧烈地影响半导体中光电子发射的特性。图3中的E表示表面能带向下弯曲的势能，实际有效电子亲和势xeff=x-E。如果E>x，则xeff就成为负值。负电子亲和势(NEA)材料(如GaAs、InGaAsP与Cs2O的接触)的光电子发射的量子产额相当可观，是发展半导体光阴极的重要基础。

电子-空穴复合发光效应1952年,发现了硅、锗半导体材料注入发光的现象。注入到半导体中的非平衡电子-空穴对以某种方式释放多余的能量而回到初始平衡状态。辐射光子是一种释放能量的方式，但是由于锗、硅都属间接带材料(导带底与价带顶不在动量空间的同一位置),为了满足跃迁过程的动量守恒原则(图4),这就要求大量声子同时参与跃迁过程，属多体过程。因此带间复合发光的效率很低(小于0.01%)。许多化合物材料如GaAs、InGaAsP为直接带材料(导带底与价带顶在动量空间同一位置)，带间辐射跃迁过程几乎无需声子参与(图5)。因此发光效率很高,大注入下内量子效率几乎达100%，高效率的电子-空穴对复合发光效应是一切半导体发光器件的物理基础。