第1章半导体发光材料及器件.ppt

量子阱半导体激光器： 材料尺寸足够小的时候，其光学性质会发生变化。 发射波长表示为： 垂直腔表面发射激光器： 谐振腔垂直于半导体衬底，并与注入电流同向。 有源区很薄，则需谐振腔反射率高。 波长需与光学增益相匹配。 纵模间隔大，可实现单模输出。（why） 作业：1~6题。 * 提问：是否电子可以在任意的位置移动？ 相互中间隔的很远时 是N度简并的； 相互中间隔的很远时，是N度简并的； 相互靠近组成晶体后，能带宽度ΔE是取决于两个最相邻的原子，而并不依赖于原子的数目。因此它们的能级便分裂成N个彼此靠得很近的能级简 赖于原子的数目，因此，它们的能级便分裂成N个彼此靠得很近的能级，简并消失。这N个能级组成一个能带，称为允许带（允许电子占据的能带）。 * 外层轨道先开始分裂 * * 导带电子在外电场的作用下产生定性移动，从而具有一定的导电性。 空穴在外电场的作用下同样会沿着电场方向移动，从而增加半导体的导电性。 两者统称为载流子。 * 系统处于平衡态须同时满足两个条件：1、系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；2、系统的宏观性质不随时间变化。 平衡态仅指系统的宏观性质不随时间变化，从微观的角度来说，组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着，只是大量粒子运动的平均效果不变，这在宏观上表现为系统达到平衡，因此这种平衡态又称热动平衡态。 费米能级EF的意义：当系统处于热平衡状态，也不对外界做功的情况下，系统中增加一个电子所引起的系统自由能的变化，等于系统的化学势，即系统的费米能级。处于热平衡状态的系统有统一的化学势，所以处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级。 * 扩散是自主性的，而偏移是被动的 * 两种发光形式时有所不同的，光致发光：荧光粉，长余辉材料；电致发光：以后续的pn结为例 * 强调这个！！ * MOCVD：一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄 膜的化学气相沉积技术。 * 固溶体：矿物质一定结晶构造位置上的互相置换，而不改变整个晶体的结构及对称性。它是一种或多种溶质原子溶于固态金属溶剂中所形成的合金相。 * P9 图1-11 * P9 图1-11 * P9 图1-11 * 为什么选择硅基？硅本身是间接带隙，发光弱，以硅为基底，结合发光材料，既达到发光的功能又能与其他系统相结合。 建立在硅材料基础之上的微电子技术对人类社会的进步发挥了巨大的作用，对我国国民经济的发展，工业、科技和国防的现代化也起着至关重要的作用。在进入21世纪以后，我国正大力发展微电子工业，有望成为新兴的国际微电子工业基地，是国家发展的重大需求所在。随着信息产业的发展，信息数据将海量增加，对信息计算、传输等技术在今后的发展也提出了更高的要求和挑战。其主要的解决途径之一就是将现有成熟的微电子和光电子结合，实现硅基光电集成，这将成为信息产业发展的重要方向之一。近十年来，由于重大的工业意义，硅基光电集成关键材料和器件的研究引起了国际科学界（如美国MIT、哈佛大学）和工业界（如Intel，ST）的严重关注，仅Intel公司对硅基光电子的研发就投入数十亿美元巨资。一旦突破，不仅可以实现芯片光互连、光电集成以及将来的光计算，而且在光通讯、光显示等领域具有重大的潜在应用前景，对我国的信息产业的发展具有重大意义。 * 为什么选择硅基？硅本身是间接带隙，发光弱，以硅为基底，结合发光材料，既达到发光的功能又能与其他系统相结合。 建立在硅材料基础之上的微电子技术对人类社会的进步发挥了巨大的作用，对我国国民经济的发展，工业、科技和国防的现代化也起着至关重要的作用。在进入21世纪以后，我国正大力发展微电子工业，有望成为新兴的国际微电子工业基地，是国家发展的重大需求所在。随着信息产业的发展，信息数据将海量增加，对信息计算、传输等技术在今后的发展也提出了更高的要求和挑战。其主要的解决途径之一就是将现有成熟的微电子和光电子结合，实现硅基光电集成，这将成为信息产业发展的重要方向之一。近十年来，由于重大的工业意义，硅基光电集成关键材料和器件的研究引起了国际科学界（如美国MIT、哈佛大学）和工业界（如Intel，ST）的严重关注，仅Intel公司对硅基光电子的研发就投入数十亿美元巨资。一旦突破，不仅可以实现芯片光互连、光电集成以及将来的光计算，而且在光通讯、光显示等领域具有重大的潜在应用前景，对我国的信息产业的发展具有重大意义。 1.5 发光二极管（核心部分就是pn结） PN结发光原理 当PN结处于热平衡状态时，在无偏置电压的情况下，由于PN结内部的电场势垒，载流子不发生扩散和漂移现象，N区的电子和P区的空穴不能发生自然复合，无法发射光子。 无偏置电压时PN结的能带图 PN结发光原理 PN结外加反向偏置电压时，外加电压主要降落在耗尽区，因此耗尽区的宽度向P区及N区分别