光dianzi学-第三章剖析.ppt

　半导体发光器件 半导体光电子器件——LD 阈值电流 泵浦机制 : 正向偏压 阈值电流 Ith: Gth = dl a光增益阈值 aIth 半导体光电子器件——LD 降低阈值电流 Ith的方法：(1) 限制载流子 (2) 限制光子 降低阈值电流的结构：双异质结 double heterostructure 半导体光电子器件——LD LD的激光模式与光束发散角 激光模式依赖于介质的增益曲线和谐振腔的特性 谐振腔长度L 决定纵模分布，横截面W H决定横模分布 减小横截面 W H ??a基横模TEM00 输出 光束发散角： 半导体光电子器件——LD LD的光谱特性 光谱主频率由介质能级结构决定 LD的光谱特点： 低注入电流 a多模输出 高注入电流 a单模输出 P0 ↑a Tj ↑aEg↓aλ0↑ 半导体光电子器件——LD 分布布拉格反射型--Distributed Bragg Reflector Laser Diode 单模输出 :Dl 0.1 nm 选模原理 a反射光栅 半导体光电子器件——LD 分布布拉格反馈型--Distributed Feedback Laser Diode 选模原理：利用周期结构的布拉格反射建立腔内光反馈 输出频率由波纹结构的周期决定 反向传输的行波相互耦合成驻波，实现了无反射面的光反馈 半导体光电子器件——LD LD的复合腔选模 复合腔增大了纵模间隔，实现单模输出 半导体光电子器件——LD 垂直腔面发射型-Vertical Cavity Surface Emitting Laser 谐振腔方向沿电流方向 腔选模条件 l : 半导体光电子器件——LD 量子阱结构---- Single Quantum Well Structure 双异质结结构的中间层非常薄 ( 10 nm ) a电子运动被限制在二维薄层内 电子态密度变化呈阶梯状分布 半导体光电子器件——LD 多量子阱结构 QW lasers 优点 : 1. 阈值电流更低 2. 单色性更好 MQW 更易实现单模输出 半导体光电子器件 Light Emitting Diodes 半导体光电子器件——LED LED的研发史 LED的研发主要取决于发光材料的研发进展 半导体光电子器件——LED LED的发光材料选取 发光材料的选取依据 : (2) appropriate substrate (1) Eg of the material (3) availability of heterostructures * * 半导体材料的基本性质 半导体材料的分类 晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质，具有规则几何外形。 半导体材料的分类 六方晶体 面心立方晶体 　　面心立方晶体 晶胞类型 InN，GaN，ZnO，SiC 纤锌矿型 GaAs，ZnO，GaN，SiC 闪锌矿型 Si，金刚石，Ge 金刚石型 半导体材料 结构类型 按有无杂质分类：本征半导体和杂质半导体 按元素种类分类：元素半导体和化合物半导体 制造半导体器件所用的材料大多是单晶体。 半导体材料的基本性质 半导体的能带结构 原子能级 能带 允带 禁带 允带 允带 禁带 当N个原子互相靠近结合成晶体后，每个电子都要受到周围原子势场的作用，其结果是每一个原来孤立的能级分裂成彼此相距很近的N个能级，准连续的，可看作一个能带。 制造半导体器件所用的单晶体由靠的很密的原子周期性重复排列而成，相邻原子间距只有零点几个纳米。由于原子间距离很小，原来孤立原子的各个能级将发生不同程度的交叠。 相邻原子距离越近，能带宽度越大。能量越低的态，能带宽度越小。 演示 半导体材料的电子状态 半导体材料的基本性质 Eg 6 eV Eg 绝缘体 半导体 价带 导带 导体 固体按其导电性分为：导体、 半导体、绝缘体。 valence band : the highest band containing e- conduction band : the band e- in which can conduct net current 价带 导带 满带 半满带 1.电子在核外排列先分布在低能级轨道上, 使整个原子系统能量最低； 2.Pauli不相容原理：每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子； 3.Hund 规则：在能级简并的轨道上，电子尽可能自旋平行地分占不同的轨道。 全充满、半充满、全空的状态比较稳定。 电子分布原则： Ex. C crystal : 1s2 2s2 2p2 碳晶体是导体？？ 碳晶体是绝缘体！ 轨道杂化作用 IV族元素晶体的导电性能 半导体材料的