Диэлектрический механизм (kT ≪ hν ≪ E_g)

Энергии кванта недостаточно для преодоления запрещённой зоны и рождения электрон-дырочной пары. Поглощение света происходит при непосредственном взаимодействии излучения с решёткой (оптической ветвью фононного спектра). Этот механизм поглощения существенен для длинноволнового излучения CO₂-лазеров с λ = 10,6 мкм и наиболее интенсивен в области λ ∼ 50 мкм. Конкуренцию составляют многофотонные процессы генерации электрон-дырочных пар и поглощение на дефектах решётки. Вероятность многофотонных процессов достаточно мала и, как правило, их вклад в поглощение несущественен.

Рост концентрации свободных фотоэлектронов изменяет электрические и оптические свойства полупроводника, в частности, их коэффициент поглощения и отражательную способность. Так, в случае реализации индуцированного металлического механизма поглощения при hν > Е_g экспериментально показано, что при плотности потока q > 10⁶ Вт/см² на стадии, предшествующей разрушению поверхности, за время 10⁻⁹ ÷ 10⁻⁸ с, концентрация свободных носителей повышается до 10²⁰ ÷ 10²¹ см ⁻³. В этом случае полупроводник по оптическим свойствам приближается к металлу. Например, для германия, облучаемого импульсом рубинового лазера при q ∼ 10⁷ Вт/см², величина коэффициента поглощения достигает значений 10⁴ ÷ 10⁵ см ⁻¹. Одновременно с этим возрастает и частота электрон-фононной релаксации, приближаясь к значениям, характерным для металлов, В отличие от металлов, начальный этап поглощения в полупроводниках характерен тем, что свободный электрон, поглотивший фотон, может передать решётке лишь энергию ΔЕ = hν − Е_g. Поэтому пока концентрация свободных электронов незначительна, т. е. пока мала доля поглощаемого светового потока, передача энергии решётке происходит значительно медленнее, чем в металлах.

Заметное повышение температуры начинается при некоторой концентрации неравновесных носителей ñ_e ′. В этом случае начало эффективного нагрева решётки полупроводника определяется временем τ ′ достижения концентрации ñ_e ′, а не временем электрон-фононной релаксации τ_ep, как в металлах. Оценки показывают, что для облучения германия неодимовым лазером при q ∼ 10⁷ Вт/см², ñ_e ′ ∼ 5 · 10²⁰см ⁻³, τ ′ = 10⁻⁸ – 10⁻¹¹ с при плотности потока фотонов I = 10²⁵ см² · с ⁻¹.