Зона проводимости имеет не-параболичную форму, кривизна ее уменьшается с увеличением энергии. Экспериментальные результаты подтверждают непараболичность зоны проводимости. Измерение эффективной массы на поверхности уровня Ферми, приведенное для образцов с различной концентрацией электронов, показало увеличение эффективной массы с ростом n-кол-личеством носителей заряда (рис.1).

Рис.1. Зависимость эффективной массы электрона от концентрации электронов.

Валентная зона.

Расчеты зоной структуры валентной зоны показали, что зона тяжелых дырок состоит из двух подзон, сдвинутых относительно точки =0 в направлении [111] на величину 0.008 а-1б .

В максимумах энергии не более чем на 0.006 эВ превышает энергию, соответствующую центру зоны Бриллюэна. Зона легких дырок вырождена с зоной тяжелых дырок при =0. Имеется также третья зона, положение которой обусловлено спин-орбитальным взаимодействием. Величина эффективных масс и некоторые характеристики зонной структуры приведены ниже:

Ширина запрещенной зоны Eg=0.35 эВ (300 К)

Температурная зависимость Eg=(0.44-2.8×10-4T)эВ

Эффективная масса электрона me*=0.026 m0

Эффективная масса тяжелой дырки mp*=0.41 m0

Эффективная масса легкой дырки mi*=0.025 m0

Эффективная масса дырки в зоне

спин-орбитального расщепления mj*=0.083 m0

Энергия спин-орбитального расщепления DEg=0.43 эВ.

Оптические свойства арсенида индия.

Наибольший практический интерес представляет спектральный диапазон в близи края собственного поглощения. Именно в этой области длин волн (3-5 мкм) работают фотоприемники, изготовленные из эпитаксиальных структур арсенида индия.

Поглощение света в толстом полупроводника может быть описано выражением

I=I0(1-k)×exp(-aX), (1)

где I0 - интенсивность падающего излучения, k - коэффициент отражения, a - коэффициент поглощения, X - координата.

Величина коэффициента отражения в близи края собственного поглощения не превышает 30-40% и может быть оценена из выражения (2)

где n - показатель преломления.

· В полупроводниках, как правило, одновременно работает несколько механизмов поглощения света. Основные из них:

· собственное или фундаментальное поглощение;

· эксионное;

· поглощение свободными носителями;

· решетчатое;

· внутризонное.

Полный коэффициент поглощения в случае одновременного участия нескольких механизмов поглощения равен: . (3)

В указанном диапазоне длин волн 3-5 мкм и обычно используемой области температур 77-300 К работает в основном два механизма: собственное поглощение и поглощение на свободных носителях. В области собственного поглощения прямозонная структура арсенида индия обуславливает резкую зависимость коэффициента поглощения от энергии:

,

(4)

где e - заряд электрона, h - постоянная Планка, с - скорость света. В арсениде индия n-типа величина Еg=0.35 эВ при Т=300 К, а показатель степени в выражении для a=0.85 n=1, в материале р-типа Еg=0.36 эВ, а n=0.5.

В легированных образцах за счет малой эффективной массы электронов с увеличением концентрации носителей происходит быстрое заполнение зоны проводимости электронами, в следствии чего уровень Ферми находится выше дна зоны проводимости на величину энергии DEn. В этом случае коэффициент поглощения описывается выражением (5)

т.е. происходит сдвиг края поглощения в сторону больших энергий.

Поглощение на свободных носителях в области длин волн, превышающих 3 мкм, хотя слабее, чем собственное, тем не менее может играть значительную роль в сильно легированных образцах. В этом случае a описывается выражением (6)