半导体材料发光的能带理论
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种激发过程存在。通过非平衡载流子的复合才能形成发光。根据不同的激发方 循上述两个规律。
须遵循能量守恒和准动量守恒，发射过程电子由受激发态跃迁回基态也必须遵
二、半导体材料发光理论
（1）导带到价带的跃迁 在直接带隙半导体中，允许电子由导 带向价带的跃迁，其准动量保持不变， 由能量守恒：hv≥Ec-Ev=Eg
研究方 同样忽略光子动量得到：k'-k= 案±q
得到：hv=跃迁前后电子能量差
研究成 果
这种跃迁称为非竖直跃迁，也就是间接跃迁。
由于间接跃迁有赖于电子和光子相互作用，还必须有电子和晶格作用，理论上 是一种二级过程，发生几率远小于竖直跃迁，因此非竖直跃迁的光吸收系数远 小于竖直跃迁。
二、半导体材料发光理论
一、固体发光理论基础
1.2 光的吸收和发射
光的吸收和发射是原子（分子或离子）体系在不同能量状态间的跃迁结果。 （1）受激吸收
研究方 案
高能级（激发态），偏离热平衡。
研究成 果
在某种方式的激发下，系统吸收能量，原子（离子）由低能级（基态）跃迁至
一、固体发光理论基础
（2）自发发射
跃迁至激发态的原子（或离子）处于不稳定状态，在Fra Baidu bibliotek过一定的弛豫时间后，
二、半导体材料发光理论
（2）激子复合 若光子能量hv小于半导体禁带宽度Eg。价带电子被激发，但不足以进入导带或 成为自由电子，而与空穴相互束缚结合形成激子，激子呈现电中性。激子中的 电子、空穴复合，若以辐射光子的形式释放能量，则产生发光现象。激子的能
研究方 研究成 隔，则在直接间隙导体中，激子复合所发射的光子能量为： 案 果
研究方 案
研究成 果
研究方 案
研究成 果
一、固体发光理论基础
1.5 能带理论
用量子力学的观点来解释：在晶体中，电子处于由原子核产生的周期势场中， 能带：固体由周期排列的原子构成，电子在这样的周期性势场中运动，基于量 在这些原子核附近，原先原子都具有相同的能级。根据量子隧道效应，存在一 子力学原理，电子的能量状态不再像在孤立原子中那样，而是表现为分立的能 定几率，电子可穿过势垒，从一个原子核附近转移到另一个原子核附近，发生 等能跃迁。晶体中电子共有化的结果使电子在每个原子核附近出现的几率大大 级，称为一系列能带。 减小，因而电子能量不再是单一值，而是可在一定范围变化，能级就转变成能 电子共有化：晶体是由紧密相挨的原子周期性重复排列而成的，原子中各层的 带。
hv=Eg-Ex
在间接带隙半导体中： hv==Eg-Ex-Ep Ep为声子能量
谱是处于禁带中的分立的定域能级。用Ex表示激子能级与导带底Ec间的能量间
三、纳米氧化锆发光原理
3.1 纳米氧化锆的光学特性
纳米氧化锆的光学特性就是通过光致发光分析其激发发射光谱，主要针对其光 致发光光谱的测试与讨论。 光致发光是指用光激发发光材料而产生的发光现象。激发波长落在从紫外到近
三、纳米氧化锆发光原理
理论上氧化锆材料在紫外激发后，价带中电子吸收能量跃迁至导带，在导带边 缘附近，处于不稳定的状态，经过一定的弛豫时间，发生导带至价带的直接跃 迁，辐射光子而发光。而实际上，氧化锆纳米微粒中庞大体积百分数的界面存 在大量不同类型的悬挂键和不饱和键，它们在禁带中可能会形成一些附加的缺
研究方 空穴和一个光子，辐射效率高。 案
在这种跃迁中只涉及一个电子
研究成 果
由于导带和价带的极值对应不同的波矢k，电子由导带向价带跃迁时，为了等
满准动量守恒，在发射光子同时要发射或吸收一个声子。 光子能量应满足：hv≥Ec-Ev-Ep，其中Ep可忽略不计。 跃迁前后满足准动量守恒：hk-hk'±hq=光子动量 同样忽略光子动量得：k'-k=±q 这种跃迁就是间接跃迁，其辐射效率比直接跃迁低很多。
研究方 研究成 形成空位后，通过电子的运动或转移，系统的能量可以降低。如果放出的能量 案 果
心转移到空位，并放出一定能量。若这一能量大于形成空位时所需能量，即，
以光的形式表现，就是发光。
二、半导体材料发光理论
2.2 复合发光
（1）带间复合 导带电子与价带空穴直接复合，产生一能量 等于或大于半导体禁带宽度能量的光子。主 要发生在能带边缘。
研究方 研究成 组成晶体的基质原子被不同族的外来杂质原子替位 案 果
（2）施主—受主对的复合（一般对应掺杂发光情况）
了基质原子，导致正电中心和负电中心（施主—受主）
的产生，正电中心提供电子，负电中心提供空穴，电子 和空穴复合发光。
二、半导体材料发光理论
2.3 激发过程
（1）本征吸收 激发光的光子能量hv大于半导体禁带宽度， 对一般半导体而言，这一能量相当于可见 光或近红外范围。 （2）激子吸收
研究方 研究成 规态氧化锆材料中悬挂键和不饱和键出现概率小，浓度低得多，因此也很难观 案 果
察到由缺陷能级引起的发光现象。
陷能级和氧空位。纳米材料高浓度的缺陷的存在会引起一些新的发光带。而常
三、纳米氧化锆发光原理
由于激子能级与价带顶的宽度小于禁带宽度，所以跃迁发射的光子能量较小， 对应为近红外部分。正常情况下纳米半导体材料界面中的空穴浓度比常规态材 料多得多。同时由于组成纳米材料的颗粒尺寸小，电子运动的平均自由程短， 空穴束缚电子而形成激子的概率高于常规态半导体材料，导致纳米材料含有激 子的浓度较高。在纳米材料中激子复合发光较常规态材料容易观察到。
研究方 研究成 hk-hk'=光子动量 果 案
hk=hk' → k=k'
因为一般半导体中吸收光子动量远小于能带中电子动量，所以光子动量可忽略
即在跃迁过程中，波矢可视为不变，跃迁前状态与跃迁后状态位于同一垂直线 上，因而成为竖直跃迁或直接跃迁。
二、半导体材料发光理论
对应不同的k值，导带价带之间的垂直距离各 不相等，但相应能量均大于Eg，这说明光子 能量大于Eg的光子都可能被不同k值的电子所 吸收，因此，本征吸收形成连续的吸收光谱。 （2）间接跃迁
研究方 案
研究成 果
除了本征吸收外，若光子能量hv小于半导体的禁带宽度Eg，价带电子吸收这种
能量较低的光子受激发后，虽然跃出了价带，但还不足以进入导带成为自由电 子，仍然受着空穴的库伦场的作用。这种受激电子与空穴相互束缚而结合成的 新系统称为激子。这种光的吸收过程称为激子吸收。由于激子是电子和空穴的 束缚体，它是呈电中性的，在半导体中运动时，不形成电流。
研究方 案
研究成 果
实际上半导体中的电子不仅吸收光子，同时还可能与晶格震动（声子）相互作 用，产生另一种跃迁方式的本征吸收，即非竖直跃迁本征吸收。在这种跃迁中， 导带最小值与价带最大值对应波矢不同，光子、电子及声子都参与进来，遵循
能量守恒、准动量守恒的条件。
二、半导体材料发光理论
能量守恒：hv=跃迁前后电子能量差±Ep 准动量守恒：hk-hk'±hq=光子动量 “-”代表吸收声子，“+”代表发射声子 由于声子能量相对于光子能量较小，因此Ep可以忽略，
2.4 光发生过程
半导体中的电子可以吸收一定能量的光子而激发，同样处于激发态的电子也可 以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放能量，这就是半导体材料的发光。 产生光子发射的主要条件是系统必须处于非平衡状态，即在半导体内需要有某
研究方 研究成 式，可以有各种发光过程。同激发过程相似，电子在吸收光子跃迁到激发态必 案 果
一、固体发光理论基础
1.1 固体发光理论
发光：物体以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。 光辐射：分为平衡辐射和非平衡辐射两大类。 平衡辐射：炽热物体的光辐射，又称为热辐射，起因于炽热物体的温度，其发 光光谱至决定于辐射体的温度及其发光本领。
研究方 生的辐射为非平衡辐射。 案
发光类型
阴极射线发光
价带：最高的满带。
导带：最低的空带。
研究方 案 禁带：价带和导带之间的区域。
研究成 果
二、半导体材料发光理论
2.1 半导体发光分类
（1）限于发光中心内部的电子跃迁：发光中心可以从晶体内的其他杂质或从 晶格间接获得能量，也可直接受到载流子的碰撞，使发光中心电离或使电子从 基态跃迁到激发态。 （2）导带电子同价带空穴的复合：当晶体内部形成空位时，电子可由杂质中
研究方 研究成 电源后，灯管中的水银蒸汽发出紫外光，紫外光激发涂抹在灯管管壁上的荧光 案 果
红外这个范围内的发光都称为光致发光。日光灯就是典型的光致发光，在接通
粉，荧光粉受激发从而发射可见光。
氧化锆是半导体材料的一种，所以研究重点在电子和空穴复合发光上。
三、纳米氧化锆发光原理
3.2 纳米氧化锆发光机制
二、半导体材料发光理论
考虑到半导体与一般固体材料的不同，本征吸收在跃迁过程会受到各种条件的 限制，将跃迁过程分为竖直跃迁和间接跃迁。 （1）竖直跃迁 在本征吸收中电子的跃迁方式必须满足准动量守恒原则，同时也与半导体能带 结构有关。设跃迁前电子的波矢量为k，跃迁到波矢量为k'的状态，则由准动 量守恒 不计，上式变为
一、固体发光理论基础
1.4 固体发光的物理要求
（1）各类发光材料，不论是单晶，薄膜还是粉末，都是晶体材料。 （2）晶体中的缺陷对于发光有非常重要的影响。理想晶体具有严格的周期结 构，实际晶体中，由于物理或化学的原因，在某些地方晶体结构周期性遭到破 坏，形成缺陷。缺陷的性质与材料的发光有密切的关系。
半导体材料发光的能带理论
“
研究方 研究成 瓷材料等方面有着潜在的应用前景。 案 果
半导体材料的纳米微粒由于特殊的光电特性，在光学器件的制
造与改善，电化学电容电极，氧气传感器，燃料，催化以及新型陶
”
一、固体发光理论基础 二、半导体材料发光理论
研究方 研究成 案 果 三、纳米氧化锆发光原理
四、半导体材料发光模型
研究方 案
研究成 果
会自发地向低能级跃迁。
某 系统的某种变量由暂态趋于 种定态所需要的时间。
一、固体发光理论基础
（3）受激发射过程：
研究方 案
子，受激发射两个光子，实现光放大。
研究成 果
这是激光产生的原理。通过光泵浦，系统吸收能量，远离平衡态，吸收一个光
一、固体发光理论基础
1.3 发光和猝灭
发光：处于激发态的离子回到基态的过程，如果发射出光子，这就是发光，也 叫做发光跃迁或辐射跃迁。 猝灭：如果离子再回到基态时不发射光子，而是将激发的能量散发为热（晶格 振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭。
激发过程第一种情况为本征吸收，半导体材料本征吸收波长可以根据公式计算：
研究方 研究成 用紫外光激发，能够提供足够的能量，使价带电子跃迁到导带，在价带中产生 案 果
空穴，电子在导带中处于不稳定状态，可以发生导带到价带的跃迁，电子与空
穴复合，发射出光子，发射光子能量≥禁带宽度能量。 另一种情况是激子吸收，激发光光子能量hv小于半导体禁带宽度Eg，价带电子 吸收这种能量较低的光子受激发后，虽然跃出了价带，但还不足以进入导带成 为自由电子，受激电子与空穴相互束缚而结合成激子。激子中的电子、空穴复 合，若以辐射光子的形式释放能量，则产生发光现象。
研究方 研究成 以从一个原子转移到相邻的原子上去。这样电子将可以在整个晶体中运动。这 案 果
电子轨道会发生不同程度的重叠，电子显然不会再局限于一定的原子，而是可
一特性称为电子的共有化。
一、固体发光理论基础
满带：原来孤立原子的电子都形成满壳层，当N个原子组成晶体时，能级过度 到能带，原有的价电子恰好充满能带中的所有状态，这样的能带称为满带。 空带：原来孤立原子的电子未能形成满壳层，过渡到能带后，电子也不能填满 能带中的所有状态，这样的能带叫空带。
研究方 研究成 对于半导体材料，由激发产生的电子和空穴，它们也是不稳定的，最终会复合。 案 果
如果复合后发射出光子，这种中心是发光中心。有些复合中心将电子和空穴复
合的能量转变为热而不发射光子，这样的中心是猝灭中心。 发光和猝灭相互对立，互相竞争，猝灭占有事，发光就减弱，效率就低；反之， 发光就强，效率也高。我们研究发光材料就是要提高它的发光效率，使发光过 程占优势，减少猝灭过程。
非平衡辐射：在某种外界作用的激发下，物体偏离原来的热平衡，此时物体产
研究成 果
激发方式
光致发光 光的照射 此外，还有摩擦发光、 化学发光、生物发光等，区别就在于激发方式不同。 电子束的轰击 电致发光 气体放电火固体受电的作用 各种激发方式下的发光过程：激发→能量传输→发射（本质上是某些能级的跃 放射线发光 核辐射的照射 迁） X射线发光 X射线的照射
须遵循能量守恒和准动量守恒，发射过程电子由受激发态跃迁回基态也必须遵
二、半导体材料发光理论
（1）导带到价带的跃迁 在直接带隙半导体中，允许电子由导 带向价带的跃迁，其准动量保持不变， 由能量守恒：hv≥Ec-Ev=Eg
研究方 同样忽略光子动量得到：k'-k= 案±q
得到：hv=跃迁前后电子能量差
研究成 果
这种跃迁称为非竖直跃迁，也就是间接跃迁。
由于间接跃迁有赖于电子和光子相互作用，还必须有电子和晶格作用，理论上 是一种二级过程，发生几率远小于竖直跃迁，因此非竖直跃迁的光吸收系数远 小于竖直跃迁。
二、半导体材料发光理论
一、固体发光理论基础
1.2 光的吸收和发射
光的吸收和发射是原子（分子或离子）体系在不同能量状态间的跃迁结果。 （1）受激吸收
研究方 案
高能级（激发态），偏离热平衡。
研究成 果
在某种方式的激发下，系统吸收能量，原子（离子）由低能级（基态）跃迁至
一、固体发光理论基础
（2）自发发射
跃迁至激发态的原子（或离子）处于不稳定状态，在Fra Baidu bibliotek过一定的弛豫时间后，
二、半导体材料发光理论
（2）激子复合 若光子能量hv小于半导体禁带宽度Eg。价带电子被激发，但不足以进入导带或 成为自由电子，而与空穴相互束缚结合形成激子，激子呈现电中性。激子中的 电子、空穴复合，若以辐射光子的形式释放能量，则产生发光现象。激子的能
研究方 研究成 隔，则在直接间隙导体中，激子复合所发射的光子能量为： 案 果
研究方 案
研究成 果
研究方 案
研究成 果
一、固体发光理论基础
1.5 能带理论
用量子力学的观点来解释：在晶体中，电子处于由原子核产生的周期势场中， 能带：固体由周期排列的原子构成，电子在这样的周期性势场中运动，基于量 在这些原子核附近，原先原子都具有相同的能级。根据量子隧道效应，存在一 子力学原理，电子的能量状态不再像在孤立原子中那样，而是表现为分立的能 定几率，电子可穿过势垒，从一个原子核附近转移到另一个原子核附近，发生 等能跃迁。晶体中电子共有化的结果使电子在每个原子核附近出现的几率大大 级，称为一系列能带。 减小，因而电子能量不再是单一值，而是可在一定范围变化，能级就转变成能 电子共有化：晶体是由紧密相挨的原子周期性重复排列而成的，原子中各层的 带。
hv=Eg-Ex
在间接带隙半导体中： hv==Eg-Ex-Ep Ep为声子能量
谱是处于禁带中的分立的定域能级。用Ex表示激子能级与导带底Ec间的能量间
三、纳米氧化锆发光原理
3.1 纳米氧化锆的光学特性
纳米氧化锆的光学特性就是通过光致发光分析其激发发射光谱，主要针对其光 致发光光谱的测试与讨论。 光致发光是指用光激发发光材料而产生的发光现象。激发波长落在从紫外到近
三、纳米氧化锆发光原理
理论上氧化锆材料在紫外激发后，价带中电子吸收能量跃迁至导带，在导带边 缘附近，处于不稳定的状态，经过一定的弛豫时间，发生导带至价带的直接跃 迁，辐射光子而发光。而实际上，氧化锆纳米微粒中庞大体积百分数的界面存 在大量不同类型的悬挂键和不饱和键，它们在禁带中可能会形成一些附加的缺
研究方 空穴和一个光子，辐射效率高。 案
在这种跃迁中只涉及一个电子
研究成 果
由于导带和价带的极值对应不同的波矢k，电子由导带向价带跃迁时，为了等
满准动量守恒，在发射光子同时要发射或吸收一个声子。 光子能量应满足：hv≥Ec-Ev-Ep，其中Ep可忽略不计。 跃迁前后满足准动量守恒：hk-hk'±hq=光子动量 同样忽略光子动量得：k'-k=±q 这种跃迁就是间接跃迁，其辐射效率比直接跃迁低很多。
研究方 研究成 形成空位后，通过电子的运动或转移，系统的能量可以降低。如果放出的能量 案 果
心转移到空位，并放出一定能量。若这一能量大于形成空位时所需能量，即，
以光的形式表现，就是发光。
二、半导体材料发光理论
2.2 复合发光
（1）带间复合 导带电子与价带空穴直接复合，产生一能量 等于或大于半导体禁带宽度能量的光子。主 要发生在能带边缘。
研究方 研究成 组成晶体的基质原子被不同族的外来杂质原子替位 案 果
（2）施主—受主对的复合（一般对应掺杂发光情况）
了基质原子，导致正电中心和负电中心（施主—受主）
的产生，正电中心提供电子，负电中心提供空穴，电子 和空穴复合发光。
二、半导体材料发光理论
2.3 激发过程
（1）本征吸收 激发光的光子能量hv大于半导体禁带宽度， 对一般半导体而言，这一能量相当于可见 光或近红外范围。 （2）激子吸收
研究方 研究成 规态氧化锆材料中悬挂键和不饱和键出现概率小，浓度低得多，因此也很难观 案 果
察到由缺陷能级引起的发光现象。
陷能级和氧空位。纳米材料高浓度的缺陷的存在会引起一些新的发光带。而常
三、纳米氧化锆发光原理
由于激子能级与价带顶的宽度小于禁带宽度，所以跃迁发射的光子能量较小， 对应为近红外部分。正常情况下纳米半导体材料界面中的空穴浓度比常规态材 料多得多。同时由于组成纳米材料的颗粒尺寸小，电子运动的平均自由程短， 空穴束缚电子而形成激子的概率高于常规态半导体材料，导致纳米材料含有激 子的浓度较高。在纳米材料中激子复合发光较常规态材料容易观察到。
研究方 研究成 hk-hk'=光子动量 果 案
hk=hk' → k=k'
因为一般半导体中吸收光子动量远小于能带中电子动量，所以光子动量可忽略
即在跃迁过程中，波矢可视为不变，跃迁前状态与跃迁后状态位于同一垂直线 上，因而成为竖直跃迁或直接跃迁。
二、半导体材料发光理论
对应不同的k值，导带价带之间的垂直距离各 不相等，但相应能量均大于Eg，这说明光子 能量大于Eg的光子都可能被不同k值的电子所 吸收，因此，本征吸收形成连续的吸收光谱。 （2）间接跃迁
研究方 案
研究成 果
除了本征吸收外，若光子能量hv小于半导体的禁带宽度Eg，价带电子吸收这种
能量较低的光子受激发后，虽然跃出了价带，但还不足以进入导带成为自由电 子，仍然受着空穴的库伦场的作用。这种受激电子与空穴相互束缚而结合成的 新系统称为激子。这种光的吸收过程称为激子吸收。由于激子是电子和空穴的 束缚体，它是呈电中性的，在半导体中运动时，不形成电流。
研究方 案
研究成 果
实际上半导体中的电子不仅吸收光子，同时还可能与晶格震动（声子）相互作 用，产生另一种跃迁方式的本征吸收，即非竖直跃迁本征吸收。在这种跃迁中， 导带最小值与价带最大值对应波矢不同，光子、电子及声子都参与进来，遵循
能量守恒、准动量守恒的条件。
二、半导体材料发光理论
能量守恒：hv=跃迁前后电子能量差±Ep 准动量守恒：hk-hk'±hq=光子动量 “-”代表吸收声子，“+”代表发射声子 由于声子能量相对于光子能量较小，因此Ep可以忽略，
2.4 光发生过程
半导体中的电子可以吸收一定能量的光子而激发，同样处于激发态的电子也可 以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放能量，这就是半导体材料的发光。 产生光子发射的主要条件是系统必须处于非平衡状态，即在半导体内需要有某
研究方 研究成 式，可以有各种发光过程。同激发过程相似，电子在吸收光子跃迁到激发态必 案 果
一、固体发光理论基础
1.1 固体发光理论
发光：物体以某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。 光辐射：分为平衡辐射和非平衡辐射两大类。 平衡辐射：炽热物体的光辐射，又称为热辐射，起因于炽热物体的温度，其发 光光谱至决定于辐射体的温度及其发光本领。
研究方 生的辐射为非平衡辐射。 案
发光类型
阴极射线发光
价带：最高的满带。
导带：最低的空带。
研究方 案 禁带：价带和导带之间的区域。
研究成 果
二、半导体材料发光理论
2.1 半导体发光分类
（1）限于发光中心内部的电子跃迁：发光中心可以从晶体内的其他杂质或从 晶格间接获得能量，也可直接受到载流子的碰撞，使发光中心电离或使电子从 基态跃迁到激发态。 （2）导带电子同价带空穴的复合：当晶体内部形成空位时，电子可由杂质中
研究方 研究成 电源后，灯管中的水银蒸汽发出紫外光，紫外光激发涂抹在灯管管壁上的荧光 案 果
红外这个范围内的发光都称为光致发光。日光灯就是典型的光致发光，在接通
粉，荧光粉受激发从而发射可见光。
氧化锆是半导体材料的一种，所以研究重点在电子和空穴复合发光上。
三、纳米氧化锆发光原理
3.2 纳米氧化锆发光机制
二、半导体材料发光理论
考虑到半导体与一般固体材料的不同，本征吸收在跃迁过程会受到各种条件的 限制，将跃迁过程分为竖直跃迁和间接跃迁。 （1）竖直跃迁 在本征吸收中电子的跃迁方式必须满足准动量守恒原则，同时也与半导体能带 结构有关。设跃迁前电子的波矢量为k，跃迁到波矢量为k'的状态，则由准动 量守恒 不计，上式变为
一、固体发光理论基础
1.4 固体发光的物理要求
（1）各类发光材料，不论是单晶，薄膜还是粉末，都是晶体材料。 （2）晶体中的缺陷对于发光有非常重要的影响。理想晶体具有严格的周期结 构，实际晶体中，由于物理或化学的原因，在某些地方晶体结构周期性遭到破 坏，形成缺陷。缺陷的性质与材料的发光有密切的关系。
半导体材料发光的能带理论
“
研究方 研究成 瓷材料等方面有着潜在的应用前景。 案 果
半导体材料的纳米微粒由于特殊的光电特性，在光学器件的制
造与改善，电化学电容电极，氧气传感器，燃料，催化以及新型陶
”
一、固体发光理论基础 二、半导体材料发光理论
研究方 研究成 案 果 三、纳米氧化锆发光原理
四、半导体材料发光模型
研究方 案
研究成 果
会自发地向低能级跃迁。
某 系统的某种变量由暂态趋于 种定态所需要的时间。
一、固体发光理论基础
（3）受激发射过程：
研究方 案
子，受激发射两个光子，实现光放大。
研究成 果
这是激光产生的原理。通过光泵浦，系统吸收能量，远离平衡态，吸收一个光
一、固体发光理论基础
1.3 发光和猝灭
发光：处于激发态的离子回到基态的过程，如果发射出光子，这就是发光，也 叫做发光跃迁或辐射跃迁。 猝灭：如果离子再回到基态时不发射光子，而是将激发的能量散发为热（晶格 振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭。
激发过程第一种情况为本征吸收，半导体材料本征吸收波长可以根据公式计算：
研究方 研究成 用紫外光激发，能够提供足够的能量，使价带电子跃迁到导带，在价带中产生 案 果
空穴，电子在导带中处于不稳定状态，可以发生导带到价带的跃迁，电子与空
穴复合，发射出光子，发射光子能量≥禁带宽度能量。 另一种情况是激子吸收，激发光光子能量hv小于半导体禁带宽度Eg，价带电子 吸收这种能量较低的光子受激发后，虽然跃出了价带，但还不足以进入导带成 为自由电子，受激电子与空穴相互束缚而结合成激子。激子中的电子、空穴复 合，若以辐射光子的形式释放能量，则产生发光现象。
研究方 研究成 以从一个原子转移到相邻的原子上去。这样电子将可以在整个晶体中运动。这 案 果
电子轨道会发生不同程度的重叠，电子显然不会再局限于一定的原子，而是可
一特性称为电子的共有化。
一、固体发光理论基础
满带：原来孤立原子的电子都形成满壳层，当N个原子组成晶体时，能级过度 到能带，原有的价电子恰好充满能带中的所有状态，这样的能带称为满带。 空带：原来孤立原子的电子未能形成满壳层，过渡到能带后，电子也不能填满 能带中的所有状态，这样的能带叫空带。
研究方 研究成 对于半导体材料，由激发产生的电子和空穴，它们也是不稳定的，最终会复合。 案 果
如果复合后发射出光子，这种中心是发光中心。有些复合中心将电子和空穴复
合的能量转变为热而不发射光子，这样的中心是猝灭中心。 发光和猝灭相互对立，互相竞争，猝灭占有事，发光就减弱，效率就低；反之， 发光就强，效率也高。我们研究发光材料就是要提高它的发光效率，使发光过 程占优势，减少猝灭过程。
非平衡辐射：在某种外界作用的激发下，物体偏离原来的热平衡，此时物体产
研究成 果
激发方式
光致发光 光的照射 此外，还有摩擦发光、 化学发光、生物发光等，区别就在于激发方式不同。 电子束的轰击 电致发光 气体放电火固体受电的作用 各种激发方式下的发光过程：激发→能量传输→发射（本质上是某些能级的跃 放射线发光 核辐射的照射 迁） X射线发光 X射线的照射