Вследствие отражения и поглощения света полупроводником интенсивность падающего на него монохроматического излучения (I₀) уменьшается до некоторой величины I. В соответствии с законом Бугера-Ламберта:

I = I₀(1 – R)ехр(-ax),                            (8.7)

где; R – коэффициент отражения; а – коэффициент поглощения; х – расстояние от поверхности полупроводника до данной точки вдоль луча отражения света.

Величина а^-1 равна толщине слоя вещества, при прохождении через который интенсивность света уменьшается в е раз.

Поглощение света полупроводником может быть связано с различными процессами, например, возбуждением электронов из валентной зоны в зону проводимости, изменением колебательной энергии атомов решетки и др. Каждому из этих процессов будет соответствовать поглощение света полупроводником в определенной области спектра. Если поглощение света полупроводником обусловлено переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости за счет энергии кванта излучения, то поглощение называют собственным.

Переходы, в которых наряду с поглощением фотона часть энергии перехода восполняется за счет энергии кристаллической решетки или, наоборот, отдается кристаллической решетке, получили название непрямых оптических переходов. Например, у германия (рис. 8.5)  наблюдаются как прямые, так и не прямые оптические переходы. При комнатной температуре началу прямых оптических переходов соответствует энергия 0,81 эВ, началу непрямых переходов – 0,62 эВ.

Рис. 8.5. Спектр поглощения германия (при комнатной температуре)

У ряда полупроводников за счет поглощения кванта света возможно такое возбуждение электрона валентной зоны, которое не сопровождается переходом его в зону проводимости, а образуется связанная система электрон-дырка, перемещающаяся в пределах кристалла, как единое целое. Эту систему называют экситоном.

Движение экситона представляет собой движение возбужденного состояния. Если для простоты рассмотрения электрону и дырке приписать скалярные эффективные массы, то описание экситона сводится к «водородоподобной» задаче о движении двух частиц под действием взаимного кулоновского притяжения. В соответствии с этим энергетический спектр экситона должен состоять из системы дискретных уровней подобно тому, как в случае водородного атома, а спектр его поглощения должен быть водородоподобным и находиться вблизи края собственного поглощения.

Оптическое поглощение света в полупроводнике, которое обусловлено взаимодействием излучения с колебательным движением кристаллической решетки, называют решеточным. Независимо от механизма взаимодействия между полем излучения и фононами процесс поглощения подчиняется закону сохранения энергии и волнового вектора. Решеточное поглощение обнаруживается в виде пиков поглощения, которые обычно накладываются на абсорбцию свободных носителей заряда (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Спектр поглощения колебаниями кристаллической решетки в германии

При наличии в полупроводнике примеси его оптическое поглощение может быть связано с ионизацией примеси или возбуждением электрона нейтральной примеси в кристалле. Это поглощение называют примесным (рис. 8.7). При ионизации примеси энергия поглощенного кванта света расходуется на переход электронов с донорных уровней в зону проводимости и из валентной зоны на акцепторные уровни, что в спектре поглощения проявляется в виде примесной полосы поглощения. Если при освещении полупроводника светом происходит переход электрона примеси из основного состояния в возбужденное, то наблюдается линейчатый спектр поглощения.

Рис. 8.7. Спектр примесного поглощения атомов бора в кремнии

В случае, когда донорные уровни находятся вблизи дна зоны проводимости, примесное поглощение, обусловленное переходами электронов примеси из основного состояния в возбужденное или в зону проводимости, должно находиться в далекой инфракрасной области спектра. Экспериментально это может наблюдаться лишь при низких температурах, когда большая часть атомов примеси не ионизована. То же самое можно сказать и о спектре поглощения акцепторной примеси.