半导体中的光吸收主要包括本征吸收、激子吸收、晶格振动吸收、杂质吸收及自由载流子吸收［1］。当入射光能量大于半导体材料禁带宽度时，价带中电子便会被入射光激发，越过禁带跃迁至导带而在价带中留下空穴形成电子－空穴对。这种由于电子在价带和导带的跃迁所形成的吸收过程称为本征吸收。大量实验证明这种价带电子跃迁的本征吸收是半导体中最重要的吸收，也是光电探测器工作的理论基础。
爱因斯坦和普朗克的理论使人们认识到光不仅具有波动性也具有粒子性，即波粒二象性。光由光子组成，一束光就是—系列的光子流。光子的引入很好地描述了紫外和红外波段的电磁辐射特性。媒质中光子的速度为
式中，co是光在真空中速度，n
半导体中的光吸收是显示和光电技术中的核心概念，它涉及到半导体材料如何转化为电信号，进而实现光电转换。光吸收主要包含五种类型：本征吸收、激子吸收、晶格振动吸收、杂质吸收以及自由载流子吸收。本征吸收是最重要的吸收机制，当入射光的能量大于半导体材料的禁带宽度时，价带中的电子被激发跃迁至导带，形成电子-空穴对。这一过程是光电探测器工作原理的基础。
光的波粒二象性是由爱因斯坦和普朗克的理论揭示的，光由光子组成，光子在不同介质中的传播速度、频率和波长都会受到介质折射率的影响。光子能量与波长之间的关系由普朗克常数决定，特定禁带宽度的半导体材料只能吸收特定波长范围内的光。例如，硅的禁带宽度为1.12 eV，这意味着其光吸收极限约为1110nm，只有波长短于此值的光才能被硅吸收。
光电探测器的工作过程是这样的：当入射光子能量大于半导体材料的禁带宽度，光子被吸收产生电子-空穴对。在外加电场的作用下，这对载流子分别向两极移动，形成光电流，通过负载电阻产生的电压变化可探测到光信号。
吸收系数是衡量半导体材料对不同波长光吸收能力的物理量，它强烈依赖于波长。直接带隙半导体如GaAs和InP有陡峭的吸收边，它们在可见光区域的吸收系数大，适合作为高速、高响应度的光电探测器。相比之下，间接带隙材料如硅吸收边较平缓，适合工作在可见光和近红外波段，但其吸收系数较低，需要较大面积的耗尽区来捕捉光生载流子。为了改善硅的光吸收性能，常采用掺杂（如SiGe/Si异质结）或使用其他半导体材料（如InGaAs）。
半导体中的光吸收是光电转换器件设计和性能优化的关键，不同的半导体材料因其独特的能带结构和吸收特性，被广泛应用于各种光电应用，包括光通信、成像和太阳能电池等领域。理解这些基本概念对于推动显示和光电技术的发展至关重要。
