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半导体物理与器件7

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半导体物理与器件

半导体物理与器件

发光器件
发光原理
半导体中的载流子复合时，以光子的形式释放能量。
发光器件类型
包括发光二极管（LED）、激光器等。
工作原理
发光器件利用半导体中的载流子复合发光原理，将电能转换为光能。在外加电压或电流作用下，半导体 中的载流子获得能量并发生复合，以光子的形式释放能量并发出可见光或其他波段的光。
04
CATALOGUE
氧化物半导体材料
如氧化锌（ZnO）、氧化铟镓（InGaO3）等，具有透明 导电、压电等特性，可用于透明电子器件、传感器等领域 。
有机半导体材料
具有柔韧性好、可大面积制备、低成本等优点，可用于柔 性电子器件、有机发光二极管（OLED）等领域。
二维材料在半导体器件中的应用
石墨烯
具有优异的电学、热学和力学性能，可用于 高速电子器件、柔性电子器件等领域。
品中。
陶瓷封装
使用陶瓷材料作为封装外壳，具有 优异的耐高温、耐湿气和机械强度 等性能，适用于高端电子产品和特 殊应用场合。
金属封装
利用金属材料（如铝、铜等）进行 封装，具有良好的散热性能和机械 强度，适用于大功率半导体器件。
测试技术
直流参数测试
通过测量半导体器件的直 流电压、电流等参数，评 估其性能是否符合设计要 求。
荷区，即PN结。
二极管的结构
由P型半导体、N型半导体以 及PN结组成，具有单向导电
性。
二极管的伏安特性
描述二极管两端电压与电流之 间的关系，包括正向特性和反
向特性。
二极管的主要参数
包括最大整流电流、最高反向 工作电压、反向电流等。
双极型晶体管
晶体管的结构
由发射极、基极和集电极组成 ，分为NPN型和PNP型两种。

半导体物理与器件ppt课件

半导体物理与器件ppt课件

2.23
h h K为波数=2π/λ, λ为波长。 2mE 15 P
2.3薛定谔波动方程的应用

2.3.2无限深势阱（变为驻波方程） 与时间无关的波动方程为：
2 x 2m 2 E V x x 0 2 x
2.13
由于E有限，所以区域I和III 中：
课程主要内容
固体晶格结构：第一章 量子力学：第二章~第三章 半导体物理：第四章~第六章 半导体器件：第七章~第十三章

1
绪论

什么是半导体
按固体的导电能力区分，可以区分为导体、半导体和绝缘体
表1.1 导体、半导体和绝缘体的电阻率范围 材料 电阻率ρ(Ωcm) 导体 ＜ 10-3 半导体 10-3～109 绝缘体 ＞109
分别求解与时间无关的波动方程、与时间有关的波 动方程可得自由空间中电子的波动方程为：
j j x, t A exp x 2mE Et B exp x 2mE Et




2.22
说明自由空间中的粒子运动表现为行波。 沿方向+x运动的粒子： x, t A exp j kx t
18
2.3薛定谔波动方程的应用

无限深势阱（前４级能量）
随着能量的增加，在任意给 定坐标值处发现粒子的概率 会渐趋一致
19
2.3薛定谔波动方程的应用

2.3.3阶跃势函数
入射粒子能量小于势垒时也有一定概率穿过势垒 （与经典力学不同）

20
2.3薛定谔波动方程的应用

2.3.3阶跃势函数 Ⅰ区域 21 x 2mE 2 1 x 0 2.39 2

半导体物理与器件

半导体物理与器件

k 并不是晶格中电子的动量，但却有着类似于自由电子
动量的表达（
p k
第三章
），因而被称作准动量。
固体量子理论初步 13
半导体物理与器件
有效质量和加速度
实际的半导体器件在一定的电压下工作，半导体内部产 生外加电场。
电场强度为E时
f eE
外力对电子做功等于能量的改变：
dE fds fvdt
第三章
固体量子理论初步
4
半导体物理与器件
在不满带中，部分电子状态被占据。在没有外力作用 的情况下，半满带内的电子可以在热的影响下改变自 己的能量而跑到别的k状态中。但由于E~k是偶函数 （晶体的对称性），处于k状态和-k状态的几率相等， 即有向一个方向运动的电子，平均地就有一个相应的 向相反方向运动的电子。即电子杂乱无章的热运动在 各个方向是等价而对称的，因而没有宏观电流。（k和 电子的运动速度即方向有关）
半制的物理作用“Fext”作用 于晶体中的电子时，有效质量可以描绘出该作用对该 电子的影响。 教材p53页给出了一个对有效质量的直观解释
第三章
固体量子理论初步
8
半导体物理与器件
有效质量与E-k图的关系
能量的改变对应于状态的改变。在无外力作用的情况下， 晶体中电子的能量是恒定的（平均）。当外力作用于晶体 电子时，其能量就要改变（平均），因而我们用能量E和 状态k之间的变化关系来描绘有效质量。 对应于经典理论：
第三章 固体量子理论初步 21
半导体物理与器件
用能带理论解释导体、半导体、绝缘体的导电性：
0<Eg<6eV
Eg>6eV
金属
半导体
绝缘体
第三章
固体量子理论初步

半导体物理与器件-第七章 pn结

半导体物理与器件-第七章 pn结

7.1 pn结的基本结构
冶金结:P区和n区的交界面
突变结 突变结-均匀分布，交界处突变
5
7.1 pn结的基本结构
PN结的形成
Space charge region
空间电荷区＝耗尽区（没有可自由移动的净电荷，高阻区）
6
pn结的形成
Байду номын сангаас.2 零 偏
pn结能带图
7.2.1内建电势差
当两块半导体结合成pn结时，按费米能级的意义，电子将 从费米能级高的n区向费米能级低的p区，空穴则从p区流向n区 ，因而FFn不断下移，且EFp不断上移，直至时FFn = EFp为止；这 时pn结中有统一的费米能级EF，pn结处于热平衡状态。
4、对单边突变结，空间电荷区的宽度W取决于轻掺杂一侧杂质的浓度。
7.2零偏
7.2.3空间电荷区宽度
7.3 反 偏
7.3.1空间电荷区宽度与电场
反偏
与内建电场方向相同
外加偏置电压VR（以P端相对于N端电压为定义方向) 正偏：P端接正；
反偏：P端接负。
EF不再统一
n
16
7.3反偏
V=Vbi+VR
第7章 pn结
本章内容
第7章 pn结 7．1 pn结的基本结构 7．2零偏 7．3反偏 *7．4非均匀掺杂pn结 7．5小结
2
引言
PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属－半导体接触器 件外，所有结型器件都由PN结构成。PN结本身也是一种器件－整 流器。PN结含有丰富的物理知识，掌握PN结的物理原理是学习其 它半导体器件器件物理的基础。正因为如此， PN结一章在半导 体器件物理课的64学时的教学中占有16学时，为总学时的四分之 一。

半导体物理第七章金属与半导体的接触

半导体物理第七章金属与半导体的接触

eV kT
⎞ ⎟⎠
J
V<0 当e|V|>>kT J = − J ST
V
-J0
反向饱和电流JsT与外加电压无关，强烈依赖温度
热场发射理论：
适用于平均自由程较长，迁移率较高材料，如硅锗等
半导体物理
25
三. 镜像力(image force)的影响
理论与实际的偏差
当半导体中的电子到达金属－半导体的界面附近时，该 电子将在金属表面感生正电荷。由于金属表面的电力线 必须垂直于表面，因此该电子在金属表面感生电荷的总 和必定等价于金属内部与该电子镜面对称处的一大小相 等的正电荷。
P
E0
E0
型
半
Wm
导
EC
Ws
Wm
EC
Ws Ef
体
Ef
EV
EV
反阻挡层
半导体物理
阻挡层
8
表面态对接触势垒的影响
理想肖特基势垒接触： qΦB = Wm − χ
金属与半导体接触是否形成接触势垒，取决于它们的功函 数大小。
同一种半导体与不同金属接触时，形成的势垒高度同金属 的功函数成正比。
实际金－半接触： 90％的金属和半导体接触形成势垒，与功函数关系不大。
2o Wm < Ws 时仍有肖特基势垒
半导体物理
肖特基势垒
Φ BN
=
EC
− EFs =
2 Eg 3
13
势垒区的电势分布
假设: (耗尽层近似) 空间电荷区载流子全耗尽；
d 2V dx 2
=
⎪⎧− ⎨ ⎪⎩
qN D
ε 0ε r
0
0≤ x≤d x>d
E( x) = − dV = qN D (x − d )

半导体物理与器件-第7章

半导体物理与器件-第7章
图 7.6 为 N 型衬底 MOS 结构加两种电压时的示意图， 图中表示出了电荷的分布和电场方向。图 7.7 ( a )、( b ) 和( c )分别为 N 型衬底 MOS 结构在多数载流子堆积状态、 多数载流子耗尽状态和少数载流子反型状态下的能带图。
第 7 章 MOS 结构及 MOSFET 器件
第 7 章 MOS 结构及 MOSFET 器件
第 7 章 MOS 结构及 MOSFET 器件
7. 1 理想 MOS 结构 7. 2 MOSFET 基础 习题
第 7 章 MOS 结构及 MOSFET 器件
MOS 结构是当今微电子技术的核心结构。 MOS 结构指的 是金属 ( Metal )、氧化物( Oxide )二氧化硅和半导体( Semiconductor )硅构成的系统，更广义的说法是金属 ( Metal )绝缘体(Insulator )半导体( Semiconductor )结 构，即 MIS 结构。其中用到的绝缘体不一定是二氧化硅。半 导体也不一定是硅。由于 MIS 结构和 MOS 结构较为相似， 在本章中将主要分析 讨论 MOS 结构。
第 7 章 MOS 结构及 MOSFET 器件
从半导体表面开始的空间电荷区内存在电场，到空间电荷区的 另一端，电场强度减小为零。由于存在电场，在空间电荷区内 还存在电势的变化，并导致电势能在空间电荷区内逐点 变化，导致了能带的弯曲。下面针对一种具体的 MOS 结构分 析它在不同的外加偏压下空间电荷区内的具体变化情况。
7. 1 理想 MOS 结构 在这一节中将讨论理想 MOS 结构的情况。
第 7 章 MOS 结构及 MOSFET 器件
7. 1. 1 MOS 结构的构成 MOS 结构由三部分组成，即由氧化层、氧化层隔开的金

半导体物理与器件


有机半导体：由有机分子组成的半 导体，如蒽、萘等
半导体中的载流子
载流子的定义：在半导体中，能够自由移动的电子和空穴被称为载流子。 载流子的类型：自由电子、空穴、离子化杂质等。 载流子的运动：在电场作用下，载流子会发生漂移和扩散两种运动。 载流子的作用：载流子是半导体器件工作的基础，它们的运动和相互作用决定了器件的性能。
生物芯片等
感谢您的观看
汇报人：XX
频率特性参数
频率响应：描述器 件在不同频率下的 性能
截止频率：器件能 够正常工作的最高 频率
增益带宽积：描述 器件在增益和带宽 之间的权衡关系
噪声系数：描述器 件在放大信号时的 噪声性能
噪声特性参数
噪声源：半导体器件内部 的热噪声、散粒噪声等
噪声类型：白噪声、粉红 噪声、布朗噪声等
噪声影响：影响器件的信 噪比、增益、带宽等性能
半导体物理与器件
汇报人：XX
目录
添加目录标题
01
半导体物理基础
02
半导体器件工作原理
03
半导体器件的特性参 数
04
半导体器件的应用领 域
05
半导体器件的发展趋 势与挑战
06
添加章节标题
半导体物理基础
半导体的定义与特性
半导体：介于导体和绝缘体之 间的材料
半导体的特性：导电性受温度、 光照、电场等外界因素影响
半导体的能带结构
半导体的能带结构：由价 带、导带和禁带组成
价带：电子占据的最高能 级，电子不能在此能级上 自由移动
导带：电子占据的最低能 级，电子可以在此能级上 自由移动
禁带：价带和导带之间的 能量区域，电子不能在此 区域内自由移动
半导体的能带结构决定了 其电导性质和光学性质

半导体物理与器件习题

半导体物理与器件习题目录半导体物理与器件习题 (1)一、第一章固体晶格结构 (2)二、第二章量子力学初步 (2)三、第三章固体量子理论初步 (2)四、第四章平衡半导体 (3)五、第五章载流子输运现象 (5)六、第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (5)七、第七章pn结 (6)八、第八章pn结二极管 (6)九、第九章金属半导体和半导体异质结 (7)十、第十章双极晶体管 (7)十一、第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (8)十二、第十二章MOSFET概念的深入 (9)十三、第十三章结型场效应晶体管 (9)一、第一章固体晶格结构1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是。

2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。

3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm。

4．什么是晶体？晶体主要分几类？5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。

常用的掺杂方法有扩散和离子注入。

6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？二、第二章量子力学初步1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。

2．什么是概率密度函数？3．描述原子中的电子的四个量子数是：、、、。

三、第三章固体量子理论初步1．能带的基本概念◼能带（energy band）包括允带和禁带。

◼允带（allowed band）：允许电子能量存在的能量范围。

◼禁带（forbidden band）：不允许电子存在的能量范围。

◼允带又分为空带、满带、导带、价带。

◼空带（empty band）：不被电子占据的允带。

◼满带（filled band）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。

导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。

价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。

半导体物理与器件第四版课后答案第七章

17
or
x p 0.0213 10 4 cm 0.0213 m
We have
max
19
eN d x n s
15 4

1.6 10 5 10 0.426 10 11.7 8.85 10
14
or
max 3.29 10 4 V/cm


7.4 (a) n-side
Nd E F E Fi kT ln n i

5 1015 1017
1 17 10 5 1015

1/ 2
5 1015 0.0259 ln 1.5 1010 or E F E Fi 0.3294 eV p-side Na E Fi E F kT ln n i 10 0.0259 ln 1.5 1010 or E Fi E F 0.4070 eV (b) Vbi 0.3294 0.4070 or Vbi 0.7364 V (c)
(a) N d 1014 cm 3 , N a 1017 cm 3 ' Si: Vbi 0.635 V Ge: Vbi 0.253 V GaAs: Vbi 1.10 V
; 1017 (c) Silicon (400 K),
n i 2.38 1012 cm 3
Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, 4th edition Chapter 7 By D. A. Neamen Problem Solutions ______________________________________________________________________________________ For N a N d 1014 cm 3 ; Na Nd Vbi Vt ln n2 Vbi 0.2582 V i

半导体物理与器件 课件 教学PPT 作者 裴素华 第1章 半导体材料的基本性质


ni 2
因此半导体两种载流子浓度的乘积等于它的本质载流子浓度的平方.
3.本征载流子浓度与本征费米能 级 右图为 Si和GaAs中本征载流子浓 度与温度倒数间的关系
1.4 杂质半导体与杂质半导体的载流 子浓度
1.4.1 N型半导体与P型半导体


N型半导体:在纯净的本征半导体材料中掺入施主杂质 后，施主杂质电离放出大量能导电的电子，使这种半 导体的电子浓度n大于空穴浓度p，把这种主要依靠电 子导电的半导体称为N型半导体，如图a所示。 P 型半导体：在纯净的本征半导体材料中掺入受主杂 质后，受主杂质电离放出大量能导电的空穴，使这种 半导体的空穴浓度p大于电子浓度n，把这种主要依靠 空穴导电的半导体称为P 型半导体，如图b所示。
E ' FN E ' FP np n0 p0 exp T
E ' FN E ' FP n 2i exp T
N型半导体小注入前后准费米能级偏离费米能级的程度 a）小注入前 b）小注入后
1.6载流子的漂移运动
半导体导带电子和价带空穴是可以参加导电的，它 们的导电性表现在当有外加电场作用在半导体上的 时候，导带电子和价带空穴将在电场作用下作定向 运动，传导电流，我们把该运动称为载流子的漂移 运动。
本征半导体是指完全纯净的 结构完整的 不 含任何杂质和缺陷的半导体.
半导体填充能带的情况 a）T=0K b） T>0K


本征半导体导带电子和价带空穴均能在外加电场作用 下,产生定向运动形成电流,把上述两种荷载电流的粒子 称为半导体的俩种载流子. 导带电子浓度和价带空穴浓度永远相等,这是本征半导 体导电机构的一个重要特点.
vn = -
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光敏电阻
hυ
光敏电阻包含一个简单的半导体
平板，而在平板两端则具有欧姆
接触，如图。当入射光照到光敏 电阻表面时，会发生从能带到能 带(本征)或包含禁带能级的跃迁 (非本征)，从而产生电子-空穴 对，导致电导率增加。
7.4 光探测器
光探测器是一种能够将光的信号转换为电的信号的半导体 器件。 光探测器的工作包括三个步骤： ①由入射光产生载流子； ②通过任何可行的电流增益机制，使载流子传导及倍增； ③电流与外部电路相互作用，以提供输出信号。
光探测器广泛应用于包括光隔离器的红外传感器以及 光纤通信的探测器。在这些应用中，光探测器必须在所 工作的波长中具有高灵敏度、高响应速度及低噪声。另 外，光探测器必须轻薄短小、使用低电压或低电流，并 具有高可靠度。
另一方面，若hν小于Eg，则只有在禁 带中存在由化学杂质或物理缺陷所造 成的能态时，光子才会被吸收，如(c) 所示，这种过程称为非本征跃迁。 hυ
EC
Et
(a)
(b)
(c)
Eg
因 为 光 的 本 征 吸 收 在 hν<Eg 或
EV
λ>λc时变得微不足道
截止波长
λc
=
1.24 (μm) Eg
发光二极管的主要工作过程是自发辐射， 激光二极管则是受激辐射， 光探测器和太阳能电池的工作过程则是吸收。
并增加其对比效果．
图(a)中的灯具是
使用传统的二极 管头座，而图(b)
则显示了适用于 透明性半导体(如 磷化镓)的包装， 它 可 通 过 LED 芯 片的五个面(四个 在侧边，一个在 顶部)发光。
LED芯片
负极 (−)
彩色环氧镜片
玻璃窗 金属容器 金属头座
玻璃绝缘体 正极 (＋)
人们对于发展白光LED以供一般照明之用一直保持着极 大兴趣，因为LED的效率是白炽灯泡的3倍，而且可以维持10 倍长的寿命。白光LED需要红、绿、蓝三种颜色的LED。当 这些颜色LED(尤其是蓝光LED)的成本能够降至与传统光源相 当时，白光LED的广泛使用就可实现。
(EFC − EFV ) > E g
载流子与光学约束:如双异质结激光所示，由于双异质结势垒而使 载流子在有源区的两端都被约束住，而同质结激光的载流子则可 离开发生辐射性复合的有源区。在双异质结激光中，由于有源区 外面的折射率骤然减小，会造成光场被约束在有源区内.
右图是一个三层介质的波导管，
反射平面
其 折 射 率 分 别 为 n1,n2 和 n3 ， 其 中
图(b)则是以磷化镓为 衬底制造的发橙、黄 或绿光的间接禁带 LED,用外延方法生长 的缓变型GaAs1-yPy合 金层用来使界面间因 晶格不匹配所导致的 非辐射性中心减至最 小。
LED的发射光谱近似于人眼反应曲线。光谱的宽度是以强度半
峰值时的全宽度(FWHM，半高宽)为准。光谱宽度一般是随着λm2 变化，其中λm是强度为峰值时的波长。
金属
(b) 双异质结(DH)激光
至 30μm 。 此 长 条 形 状 的 优 点 包
氧化物 p+ − GaAs
s
括低工作电流、消除沿着结处的
p − AlxGa1−xAs p − GaAs
n − AlxGa1− xAs
d
多重发射区域以及因除掉大部分 GaAs衬底
结周围区域而提高可靠度。
L
(c) 长条状 DH 激光
第七章 光电器件
本章内容
• 辐射跃迁与光的吸收 • 发光二极管 • 半导体激光 • 光探测器 • 太阳能电池
7.1 辐射跃迁和光的吸收
辐射跃迁
光子和固体内的电子之间有三种主要的相互作用过程：吸收、自 发辐射、受激辐射。如图为在一个原于内的两个能级E1和E2，其 中E1相当于基态，E2相当于激发态，则在此两能态之间的任何跃 迁 ， 都 包 含 了 光 子 的 辐 射 或 吸 收 ， 此 光 子 的 频 率 为 ν12 ， 而 hν12=E2-E1。
2
红外光LED的另一个重要应用是在通信系统中通过光纤来输 运光的信号。
右图表示一种
简单的点对点光 纤通信系统，利 用一个光源(LED 或激光)可将电的 输入信号转变成 光的信号。这些 光的信号被导入 光纤并输运到光 探测器，然后再 转换回电的信号。
电输入信号
发送器
驱动电器
LED或激光
光探测器
接收器 放大器
信号还原器
电输出信号
7.3 半导体激光
激光的特性：单色光、方向性强、相干性好
半导体激光较其他激光体积小(长度约只有0.1mm)，而且在高频时易 于调制，只需要调节偏电流即可。由于这些特性，所以半导体激光 是光纤通信中最重要得光源之一。它可以应用于录像机，光学刻录 机及高速激光打印机等。除此之外，它还广泛用于许多基础研究与 技术领域，如高分辨率气体光谱学及大气污染监测等。
人眼的相对灵敏度
红外
FWHM
λm = 0.555 μ m
红
绿
紫
橙
黄
蓝
紫外
Si GaAs CdSe
GaP CdS
GaAs1-yPy
λ/μ m
1.0
0.8 0.7 0.6
0.5
1.2
1.6
2.0
2.4
Eg / eV
SiC
GaN ZnS
0.45
0.4
2.8
3.2
0.35 3.6
下图是平面二极管架构的可见光LED的基本结构图。其中图(a) 的截面图是以砷化镓为衬底制造的发红光的直接禁带LED。
反射平面
Γ ≈ 1 − exp(−CΔnd )
x d/2 0
x d/2
其 中 C 为 常 数 ， Δn 为 折 射 率 之 差，d为有源层的厚度。显然， Δn 与 d 愈 大 ， 约 束 因 子 就 愈 高 。
n3
(无源区)
n2
(有源区)
n1
(无源区)
L (a) 三层介质的波导管
层 3(p - AlxGa1 xAs) 层 2(GaAs) 层 1(n - AlxGa1 xAs)
1
7.2 发光二极管
发光二极管(LED)是一种p-n结，它能在紫外光、可见光或红外光区域 辐射自发辐射光。可见光LED被大量用于各种电子仪器设备与使用者之间 的信息传送。而红外光IED则应用于光隔离及光纤通讯方面。
可见光发光二极管：
由于人眼只对光子 能 量 hν 等 于 或 大 于 1.8eV(λ≤0.7μm)的光线 感光，因此所选择的半导 体，其禁带宽度必须大于 此极限值。右图标示了几 种半导体的禁带宽度值。
以上仅介绍由无机半导体材料(如GaAsP与GaN)所制造 的器件。近年来，人们已着手研究某些有机半导体材料在电 致发光上的应用。因为有机发光二极管(OLED)具有低功率消 耗、优异的辐射品质与宽视角等特性，使它在大面积彩色平 面显示器上特别有用。
红外光发光二极管
红外光LED包括砷化镓LED(它发出的光接近0.9μm)与许多 Ⅲ-V族化合物，如四元的GaxIn1-xAsyP1-y LED(它发出的光的波 长1.1 μm ~1.6 μm)。红外光LED的一种重要应用是作为输入 (或控制信号)与输出信号去耦之用的光隔离器。
激光半导体材料
所有会发出激光的半导体材料都具有直接禁带，这是可以理 解的。因为直接禁带半导体的动量守恒，因此有较高的辐射性跃迁 几率。目前的激光波长涵盖范围可从0.3μm到超过30μm。砷化镓 是最先被发现可发出激光的材料，故与它相关连的Ⅲ-V族化合物合 金也受到了广泛的研究。
激光的发射，必须满足以下 三个基本条件：
(a) 三层介质的波导管
和第三层界面间的θ23也有相似的 情况发生。因此当有源层的折射 率大于周围的折射率时，光学辐
n3
n2 12
12
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射就被导引(约束)在与各层界面 平行的方向上．
n1 (b) 波导管内光传播的轨迹
定义约束因子为在有源区内的光强度对有源区内外光强度总和 的比例，其大小可表示为
有源层如三明治般被夹在两个约 x d/2
束 层 之 间 (a) 。 在 n2>n1>n3 的 条 件
x
0 d/2
下，第一层和第二层界面(b)的光
n3 n2 n1
(无源区) (有源区) (无源区)
L
层 3(p - AlxGa1 xAs) 层 2(GaAs) 层 1(n - AlxGa1 xAs)
线角度θ12超过临界角。而第二层
1. 形成分布反转，即电子在较高能级的浓度大 于在较低能级的浓度。
2. 具有共振腔，以实现光量子放大和模式选择。 3. 至少达到阈值电流密度，使增益大于或等于
损耗。
激光的工作原理
当光子的受激辐射大于对其的吸收时， 电子在较高能级的浓度大于在较低能级 的浓度，这种情况称为分布反转。
考虑简并型半导体间形成的p-n结或异 质结。这表示在结两端的掺杂能级甚 高，以致于在p型区的费米能级EFV比 价带的边缘还低，而在n型区的费米能 级EFC则高于导带的边缘，如图。当外 加一足够大的偏压时，会产生大注入 的情况，亦即会有很高浓度的电子与 空穴注入转移。结果在d区域中，导带 有大量的电子而价带则拥有大量的空 穴，这就是分布反转所需的条件。即：
人眼的相对灵敏度
所以当波长由可
见光进入红外光 时 ， FWHM 将 会
增大。例如，在 λm=0.55μm(绿光) 时 FWHM 大 约 为 20nm ， 但 在 1.3μm( 红 外 光 ) 时 ， FWHM 将 超 过120nm。
红外
FWHM
λm = 0.555 μ m
红
绿
紫
橙
黄
蓝
紫外
Si GaAs CdSe
n3
12