半导体光电子学复习资料

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1、半导体光电子学一．名词解释。1.激光器阈值电流：在电流值很小时，激光器输出功率基本没有，并且增加电流，仍然没有输出；当电流增大到某一个值A是，输出开始出现，并且随着电流增大，功率近似线性增大；这个A就称为阈值电流。2.半导体类型：P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。3.带隙：导带的最低点和价带的最高点的能量之差。(?)4.电子跃迁形式：受激吸收：当适当能量的光子与半导体互作用，并能把能量传递给价带中的电子，使之跃迁到导带，从而在半导体中出现电子-空穴对。自发发射：在热平衡下，如果在半导体的导带与价带中分别有一定数量的电子与

2、空穴，导带中的电子以一定的机率与价带中的空穴复合并以光子形式放出复合所产生的能量。受激发射：若导带电子与价带空穴复合过程不是自发的，而是在适当能量的激励下进行的，则复合产生的光子就与激发该过程的光子有完全相同的特性。5.量子阱：由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。6.异质结：两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。二．简答题。1.辐射的方式，受激吸收，自发发射，受激发射的定义？及相应的器件？答：受激吸收：当适当能量的光子与半导体互作用，并能把能量传递给价带中的电子，使之跃迁到导带，从而在半导体中出现电子-空穴对。器件：光电导，光探测器。自发发射：在

3、热平衡下，如果在半导体的导带与价带中分别有一定数量的电子与空穴，导带中的电子以一定的机率与价带中的空穴复合并以光子形式放出复合所产生的能量。器件：半导体发光二极管。受激发射：若导带电子与价带空穴复合过程不是自发的，而是在适当能量的激励下进行的，则复合产生的光子就与激发该过程的光子有完全相同的特性。器件：半导体激光器。半导体光放2.简述激光器二极管实现离子数反转的途径。答：为了获得粒子数反转，通常采用重掺杂的P型和N型材料构成PN结，这样，在外加电压作用下，在结区附近，空穴和电子复合放出光子，也就是说未复合的空穴-电子对，为高能态离子，外加电压，PN结附近存在大量未复合的高能态离子，代表已粒

4、子数反转。3.半导体中电子扩散和漂移的区别。答：在P区多数载流子是空穴，同时有少数载流子（电子）存在。N区情形相反。在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。半导体加上电场，作为载流子的正空穴和自由电子就会受到电场的作用力，于是空穴就会顺着电场的方向移动，自由电子则朝电场的反向移动，从而出现电流,称为漂移电流。半导体中载流子的多少常用浓度来衡量，而且载流子会从浓度高的部位向浓度低的部位

5、扩散。正空穴会从浓度高的部位向浓度低的部位扩散,称为扩散电流。1.发光二极管和激光二极管的区别。答：发光二极管：ＬＥＤ主要由ＰＮ结芯片、电极、光学系统及附件等组成。ＬＥＤ的发光体叫晶片。发出的光辐射正向偏置时，通过电致发光的PN结器件。激光二极管：以半导体材料为工作物质来产生激光的二极管，在发光二极管的基础上，在内部加了一个光学谐振腔。2.二极管的发光原理。答：晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电常当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。(?)正向导电，反向不导

6、电。三．画图分析题1.若异质结由n型（E∅1，χ1，ϕ1）和P型半导体（E∅2，χ2，ϕ2）结构，并有E∅1χ2，ϕ1<ϕ2，试画出np 能带图。解：四．计算题.1.用弗伽定律计算Ga1−xAlxAs半导体当x=0.4时的晶格常数，并求出GaAs的晶格失配率。解：根据弗伽定律：2.用Ga1−xAlxAs半导体作为激射波长为0.78μm可且光激光器的有源材料，计算其中AlAs的含量。解：3.由经验得出，当y=2.16(1−x)时,InxGa1−xAsyP1−y能与InP很好的晶格匹配，试求出激射擅长为1.3μm时的x，y值. 五.证明题.证明（fc-fv）/fc(1-fv)即

7、为式W净（hv）=Wsp(hv)【1-exp{(v-(Fc-Fv))}/KbT】六．论述题.1.造成半导体激光器退化的机理有哪些？腔面损伤：谐振腔镜面的解理面是激光器的重要组成部分。在高功率的激光作用下，解理面会出现局部损伤，是解理面的反射率下降；工作在一定温度和潮湿或氧气气氛条件下的半导体激光器，腔面容易腐蚀而退化。内部因素：激光器有源层内部存在着随工作时间增长而不断增加的杂质、晶格缺陷和其他非辐射复合中心。欧姆接触：