《半导体光电子学课件》2.7增益系数与电流密度关系.pptx
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第七节增益系数与电流密度关系
注入半导体中载流子的行为①.扩散(存在浓度梯度)②.复合(辐射复合,非辐射复合)③.泄漏(越过异质结势垒)1.速率方程(忽略②非辐射,③泄漏)
描述注入载流子从小到大过程
n↑自发发射I↑粒子数不反转;n↑阈值,粒子数反转,受激发射。
增益系数g与J的关系曲线
增益与激励光子能量关系
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《半导体光电子学》课件.docx
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《半导体光电子学》课件
第一章绪论
(1)半导体光电子学是一门研究半导体材料在光电子器件中的应用和原理的学科。随着科技的发展，光电子技术在通信、信息处理、能源等领域扮演着越来越重要的角色。半导体光电子学的发展，不仅推动了光电子器件的性能提升，也为光电子产业的发展奠定了坚实的基础。本章将从半导体光电子学的定义、研究内容和应用领域等方面进行概述，为后续章节的学习奠定基础。
(2)半导体光电子学的研究内容主要包括半导体材料的光学性质、光电子器件的结构设计、器件的工作原理以及器件的性能优化等。在材料方面，半导体光电子学关注的是具有特定能带结构的半导体材料，如硅、锗、砷化镓等。这些材料的
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《半导体光电子学课件》1.2半导体中的电子状态.pptx
第二节半导体中的电子状态
自由空间电子运动状态1满足薛定谔方程2在K的量子状态中,电子E取确定值3
共有化运动(电子在整个晶体运动,为整个晶体共有同能级之间运动3s-3s2p-2p相同壳层交叠外层电子易于产生共有化运动有自由电子和束缚电子的特点半导体中电子运动状态与能带
则-------布洛赫定理。受到周期性排列的原子作用,具有晶格周期性。（表示原子束缚特性,有自由电子特性）若势能具有周期性共有化运动电子波函数
倒格子采用基矢组,格子的格矢是一个基本的布拉伐格子→正格子引用一个新的布拉伐格子→倒格子。描述倒格子的倒格矢0102030405
倒空间也可称为K空间(差2π倍)
布里渊区电子能带结构
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《半导体光电子学课件》2.1半导体中量子跃迁的特点.pptx
第一节半导体中量子跃迁的特点
半导体中与光有关的量子（电子或空穴）跃迁主要发生在导带与价带之间。01光电导、光探测器原理。04受激吸收02受激吸收之后出现电子-空穴对03
2.自发发射半导体发光二极管（LED）工作原理。01受激发射半导体激光器（LD）工作原理。02
半导体中量子跃迁特点：电子态密度高（N～1023㎝ˉ3）1量子跃迁速率大增益系数大量子效率高，响应速度快2（碰撞能量交换时间短）可直接调制2.5GHz能量转换效率高3可将载流子直接注入有源区4气体～20％，固体～5％，半导体～60－70％，量子点～100％。由于不纯和相互作用，选者定则不严格5→谱线宽6
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半导体光电子学知识讲稿.ppt
蓝光LED发光效率研究 ;目录;1、蓝光LED简介;2014年度诺贝尔物理学奖授予日本名古屋大学的赤崎勇，天野浩以及美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二，以表彰他们在发明一种新型高效节能光源方面的贡献，即蓝色发光二极管(LED)。;2、提高LED发光效率方式 ;2.2倒装芯片技术;2.3生长分布布拉格反射层(DBR)结构;2.4表面粗糙化技术;3、ZnO 纳米阵列增强大功率蓝光 LED 出光效率的研究 ;3.1 ZnO 纳米阵列的微观结构;3.2 LED 芯片的电学性能;从上两图可以看出在不同浓度的氨水及不 同浓度 Zn2+下生长 ZnO 纳米阵列, LED 芯片的电学 性能没有显着变化, 都维
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半导体光电子学复习.pptx
题型分布;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;;;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;名词解释;简答题;简答题;简答题;简答题;简答题;绝缘体、半导体、导体之间的区别;简答题;简答题;光电倍增管的工作原理;简答题;直接带隙与间接带隙;简答题;;简答题;;简答题 LED发光的原理;简答题;简答题;基于蓝光LED，通过荧光粉激发一个黄光，组合成为蓝光
通过红、绿、蓝三种LED组合成为白光
基于紫外光LED，通过三基色粉，组合成为白光;简答题;pn光电二极管;简答题;;简答题;;简答题;简答题;简答题
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半导体光电子学-考点.doc
半导体光电子学
一、1.声子：晶格振动的能量量子，假想粒子，与晶格振动相联系，不能独立存在。
光子：传递电磁相互作用的规范粒子，无静止质量，具有能量和动量，能够独立存在。
2.量子阱：两种禁带宽度不同的但晶格匹配的单晶半导体薄膜以极薄的厚度交替生长，使得宽带隙材料中的电子和空穴进入两边窄带隙半导体材料的能带中，好像落入陷阱，这种限制电子和空穴的特殊能带结构被形象地称为量子阱。
超晶格：当量子阱结构中单晶薄层的厚度可与德布罗意波长或波尔半径相比拟时，由于量子尺寸效应，量子阱之间会发生很强耦合效应。
3.光子晶体：是指具有光子带隙特性的周期性电介质结构的人造晶体。
纳米线：一种
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半导体光电子学.pptx
半导体光电子学插图
美国地球表面平均太阳能4x1024J/年，或者5x1020J/小时2001年全球能量的消耗4x1020J/年
空穴(positive)PN电子(negative)扩散流漂移流内建电场当外加电压为零时，PN结处于平衡状态.PN结中有效电流为零。由载流子分布不同造成的扩散电流与PN结边界外累积电荷所形成的内建场产生的漂移电流抵消。
pN+_正向电压扩散流漂移流内建电场加上一个与内建电场方向相反的正向电压,由于它的作用使得PN结内部的势垒变窄.。因此扩散电流要大于漂移电流，从而使得少数载流子能够越过势垒.由于复合效应，少数载流子的分布随着与PN结边界距离的增加而减小。(以空穴行为
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《半导体光电子学课件》下集4.4条形ld.pptx
§4.4条形LD
一.条形LD由来相对宽面LD：在LD的侧面向无载流子或光子的限制呈现多“光丝”且随电流发生变化。——应用的需要条形LD：有源区或电极（顶面）的宽度器件的宽度侧向提供载流子和光子的限制。
增益引导LD：侧向n差来定现约束2.条形LD的制作条形电极→光刻方法内部形成窄电流通路制作掩模层，形成绝缘带质子轰击，破坏晶格，缺陷增大，形成高阻区
内条限制：采用p-n-p晶体管结构来限制电流制作反型p-n结侧向上对少数载流子扩散限制
条形LD中侧向电流扩展和侧向载流子扩散侧向电流扩展：顶、底电极不对称造成侧向电场分布－－多数载流子在电场作用下侧向的漂移，后果使窄的有源层内载流子浓度分布不均
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《半导体光电子学课件》下集5.1ld的阈值特性.pptx
第五章半导体激光器的性能
性能01静态性能：阈值，电光量子效率，线宽和光谱、寿命02动态性能：调制带宽，调制畸变，自脉冲等03（直流）04（交流）05
5.1LD的阈值特性
衡量LD内是受激发射还是自发发射01的有无是区分LD与LED标志02比较LD之间质量优劣03阈值作用：
030201同质结→异质结（单）→双异质结→应变多量子阱(R-MQW)：↓↓条形LD：与侧向波导结构有关（增益波导）（折射率波导）、（掩埋条形LD）一.LD结构对阈值的影响
有源层厚度d光场限制因子d↓函数载流子浓度↑↓（当d↓↓P↓↑二.LD几何尺寸对的影响
SHLD中同质结的弱波导作用越大↓（在相同d时）↑最小对立的
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《半导体光电子学课件》下集2.1异质结及其能带图.pptx
第二章异质结
2–1异质结及其能带图①异质结:两种禁带宽度不同的半导体材料，通过一定的生长方法所形成的结。突变结按电荷分布②分缓变结类同型异质结p-P,n-N按掺杂类型异型异质结p-N,n-P
能带图界面上静电场是不连续的；功函数Φ；电子亲和势X
p-n结p-n:n型和p型样占接触在一起p-n结。n区电子向p区扩散→n区剩下电离施主，形成带正电荷区。p区孔穴向n区扩散→p区剩下电离受主，形成带负电荷区。加正向偏压时，外加电场与内建电场方向相反，空间电荷相应减少，势垒区宽度减少，扩散运动超过了漂移运动，载流子扩散运动超过了漂移运动→成为正向电流。
→n区电子进入p区成为p区非平衡少数载流子。→非
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《半导体光电子学课件》下集3.3矩形介质波导.pptx
§3.3矩形介质波导
矩形介质波导在二维上都存在折射率波导效应有效折射率法→变为一维有效折射率波导令
01得由于有效n的引入，使二维介质波导具有和平板介质波导形式上相同的波动方程∴中心区的两侧区的→侧向波导效应的形成020304场渗透深度
液相外延(LPE)外延生长：指生长材料与衬底具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的生长过程。液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底上定向生长单晶薄膜的方法原理：（1963年内尔逊提出）半导体材料的外延生长
装置：滑动舟法的生长系统装置
过程：高温→溶剂溶解→低温→过饱和→衬底上生长出单晶层（组分由相图决定）
01装置简单可靠02易于生长纯度很高的单晶
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《半导体光电子学课件》下集4.5可见光ld.pptx
§4.5可见光LD
目的：条形码扫描器，激光扫描，Laser印刷，高密度光盘存储，水下通信。01红光LD02波长780nm670nm为理论极限03
x↑Al含量↑直接带隙→间接带隙01不参加振荡的载流子比例↑，内↓，02↑Al含量↑Al分凝系数大，03结晶质量↓热应力↑，要求有一定电导率，包层须掺杂，工艺难。04
GaInP/GaAsorGaInP/GaAsP工作波长600～730nm缺点：生长缺陷大，寿命短。
3.InGaAlP/GaAs理论激射波长580～650nm；在Ⅲ－Ⅴ族材料中能提供最大直接带隙，并与GaAs衬底晶格匹配。增益导引型激光器脊型双异质结异质结势垒锁定激光器条形耦合波导结
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《半导体光电子学课件》下集2.5异质结对载流子的限制.pptx
§2.5异质结对载流子的限制
异质结势垒是由结两边材料带宽度差分别在两带形成的台阶、构成
双异质结中，从N限制层注入p有源区的电子受到p-P同型异质结结成的势垒的限制
有源区与N区界面处的价带势垒又阻碍空穴扩散
阈值电流密度进一步降低→室温连续激射
一.异质结势垒对电子与空穴的限制
1
2
由统计分布使某些高能电子能量
热运动
电子的泄漏
对电子的限制
空穴势垒高度由决定
统计分布造成空穴泄漏
对空穴的限制
漏电流
载流子泄漏主要是扩散模型，与T密切相关
e向型限制层导带能谷跃迁
e向型限制层导带X能谷泄漏
h向型限制层扩散
阈值电流
二.载流子泄漏对LD影响
辐射复合减少；
内量子效率降低；
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《半导体光电子学课件》开题报告.pptx
半导体光电子学CAI课件与教学网站中教学信息、交互信息栏目设计开题报告信息学部光信息科学与技术04班学生姓名：王粤指导老师：王涛
进度安排05研究的目的、内容04课题研究要解决的问题03课题研究的条件02选题分析01
一.选题分析光电子技术的飞速发展已经把我们带入了一个崭新的时代，为我们迎领社会发展的步伐。其中半导体光电子已经普遍的进入了我们的生活，从而对光电子学的学习势在必行。但是快节奏的社会发展都为学生的学习方法与途径，以及老师的教学提出了更高的要求。
现代信息技术特别是计算机技术的飞速发展，使我们的教育模式产生了质的飞跃，网络化教育将成为信息时代的重要标志和组成部分。多媒体教学课件在教学
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《半导体光电子学课件》下集2.1异质结及其能带图.pptx
第二章异质结
2–1异质结及其能带图①异质结:两种禁带宽度不同的半导体材料，通过一定的生长方法所形成的结。突变结按电荷分布②分缓变结类同型异质结p-P,n-N按掺杂类型异型异质结p-N,n-P
能带图界面上静电场是不连续的；功函数Φ；电子亲和势X
p-n结p-n:n型和p型样占接触在一起p-n结。n区电子向p区扩散→n区剩下电离施主，形成带正电荷区。p区孔穴向n区扩散→p区剩下电离受主，形成带负电荷区。加正向偏压时，外加电场与内建电场方向相反，空间电荷相应减少，势垒区宽度减少，扩散运动超过了漂移运动，载流子扩散运动超过了漂移运动→成为正向电流。
→n区电子进入p区成为p区非平衡少数载流子。→非