PPT《第三章 半导体激光器件》

Eg 光子密度?(?)随时间的变化率: 半导体内光与电子相互作用 导带E2 价带E1 h? 光子密度?(?)随时间的变化率: 受激吸收 导带E2 价带E1 半导体内光与电子相互作用 受激辐射 h? 光子密度?(?)随时间的变化率: h? h? 半导体内光与电子相互作用 导带 价带 导带 价带 导带 价带 自发辐射 受激吸收 受激辐射 半导体内光与电子相互作用 ?为能态电子的平均寿命 非平衡载流子与准费米能级 电流注入, 非平衡载流子的产生 外场激发 后果:半导体的总平衡被打破.但导带和价带会很快形成局部平衡而形成自身的费米能级. 准费米能级 导带: 价带: 半导体中的光增益 产生光增益的条件 受激辐射速率>

受激吸收速率 粒子数反转: PN结的形成 P区 N区 扩散运动 载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流 内电场 内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动 扩散运动=漂移运动时达到动态平衡 内电场阻止多子扩散 因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 我们一起作个总结 PN结形成 基本概念 扩散运动 多子从浓度大向浓度小的区域扩散,扩散运动产生扩散电流. 漂移运动 少子向对方漂移,漂移运动产生漂移电流. 动态平衡 扩散电流=漂移电流,PN结内总电流=0. PN 结 稳定的空间电荷区, 又称高阻区, 也称耗尽层. ? V? PN结的接触电位 ? 内电场的建立,形成接触电势差VD,称为接触势垒 ? 接触电位VD决定于材料及掺杂浓度硅: V?=0.7锗: V?=0.2 如果两种材料的费米能级不同,就会在两种材料的分界面上发生电荷的扩散而产生接触电势差,这种扩散运动使两种材料的费米能级逐渐趋于一致,建立起新的热平衡态,达到平衡时,形成新的统一的费米能级. 同质结 组成P-N结的P型半导体和N型半导体的基质材料是相同,该P-N结称为同质结. 异质结 组成P-N结的P型半导体和N型半导体的基质材料是不同,该P-N结称为异质结. 同质结中P区和N区具有大致相等的禁带宽度 电子 空穴 导带 导带 价带 导带 价带 价带 施主 受主 本征半导体 P型半导体 N型半导体 半导体的能带结构 Ef Ef Ef PN结的能带结构 P区 N区 耗尽区 PN结的能带结构 PN结光电效应 Light PN结光电效应 当光子能量大于半导体的禁带宽度时,在PN结的耗尽区、P区和N区都将产生光生的电子-空穴对.在耗尽区产生的光生载流子在内电场的作用下,电子迅速移向N区,空穴迅速移向P区,从而在回路中产生光电流.在P区和N区产生的光生载流子由于没有内电场的作用,只能进行自由扩散,大多数将被复合掉,而对光电流的贡献很小. 为了充分利用各区产生的光生载流子,通常在实际的半导体的PN结上加有适当的反向偏压. PN结光电效应 PN结电致发光 在PN结两端外加正向偏压 结势垒降低为VD-V 打破原来建立的平衡 使得P区和N区的费米能级重发生分离,形成准费米能级 PN结电致发光 - - - - + + + + P N + 外电场――耗尽区内注入电子、空穴――辐射复合――发光 _ Light PN结电致发光 当外加电压满足 注入耗尽区的电子和空穴通过辐射复合而产生光子的速率将大于材料对光子的吸收速率,从而在半导体中产生光增益. 发光二极管和激光器