锑化镓（GaSb）半导体材料的光学性质
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锑化镓(GaSb)属于锑化物化合物半导体，在III-V族半导体中具有较小的带隙，适用于制作在红外区域的光电器件和波长范围为1-5 μm的电子器件。GaSb在室温下的能带隙为0.70 eV (1.77 μm)，在4K下的能带隙为0.81 eV (1.53 μm)。目前，已经报道的基于GaSb半导体晶片的各类器件有近红外光电探测器、谐振隧道结构、激光二极管和其他量子器件。
由于GaSb 材料在光学和电子应用中的应用越来越多，因此了解锑化镓 (GaSb) 的光学特性非常重要。有研究报道了锑化镓在1.5~6.01eV能带范围内的光学性质，具体如下：
在2.0eV时，锑化镓的折射率最大值为5.24。在2.0~6.01eV能带范围内时，锑化镓半导体材料的折射率随着光子能量的增加而减少，见图1。这种折射率的下降表明GaSb表现出正常的色散行为。
图1 锑化镓折射系数
而在1.5~4.2eV的光子范围内，Gasb的消光系数随光子能量的增加而增加（见图2），说明在该能量范围内，由于散射和吸收而损失的光的比例增大;在4.2 ~ 6.01 eV的光子能量范围内，由于散射和吸收而损失的光的比例减小。
图2 锑化镓消光系数
GaSb的复介电常数实部在2.0eV时达到最大值25.55（见图3）。在1.5~2.0eV的光子能量范围内，随着光子能量的增加，介电常数增加，表明损耗因子在该能量范围内随着光子能量的增加而增加。在光子能量2.0~6.01eV范围内，复合介电常数实部随光子能量的增加而减小，表明损耗因子随光子能量的增加而减小。
图3 锑化镓复介电常数(实部)
复介电常数的虚部在4.0eV时最大值为25.1（见图4）。在1.5~4.0eV的光子能量范围内，复介电虚部的增加表明损耗因子随光子能量的增加而增加。在光子能量4.0~6.01eV范围内，复介电常数虚部随光子能量的增加而减小，表明损耗因子随光子能量的增加而减小。
图4锑化镓介电常数(虚部)
在3.3eV时，GaSb的透射率达到最大值0.20（见图5），说明GaSb在该能带区域不是很好的电磁波发射器。吸收系数最大值为1.76×108 m-1 (1.76×106 cm-1)。这种高值的吸收系数是典型的半导体带间吸收（见图6）。GaSb在其带隙以下无吸收。反射系数在4.3 eV时达到最大值0.82（见图7）。反射系数为0.82，这意味着GaSb具有很高的吸收率。
图5 锑化镓透过率
图6 锑化镓吸收系数
图7 锑化镓反射系数
GaSb光学电导率实部在4.1 eV时的最大值为1.22×1016。在1.5 ~ 4.1 eV光子能量范围内，光学电导率实部的增加可以归因于该能带范围内吸收系数的增加。光电导率虚部在2.0 eV时最小值为-6.18×1015，在4.3 eV时最大值为5.95×1015。光电导率虚部的负值是由于消光系数的增加，这意味着在这个能量范围内GaSb的电导率降低了。
图8 锑化镓反射率
图9 锑化镓光电导率(实部)
图10 锑化镓光电导率(虚部)
GaSb半导体材料在1.5~6.01eV能带范围内获得的光学特性值表明了该材料是制造光电器件，如光电探测器、发光二极管(LED)、激光器和高频器件等的理想材料。
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陈经理