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早在19世纪末就已经开始研究半导体硒中的光电现象,后来硒光电池得到应用,这几乎比晶体管的发明早80年,但当时人们对半导体还缺乏了解,进展缓慢。30年代开始的对半导体基本物理特性(如能带结构、电子跃迁过程等)的研究,特别是对半导体光学性质的研究为半导体光电子器件的发展奠定了物理基础。1962年,R.N.霍耳和M.I.内森研制*注入型半导体激光器,解决了高效率的光信息载波源,扩展了光电子学的应用范围,光电子器件因而得到迅速发展。
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。
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