半导体光电子器件全套教学课件.pptx

半导体光电子器件;课程主要内容;第一章：半导体材料的光学性质与光电现象;§1.1光子特性及半导体的光学参数;光的传播与振动示意图;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;设沿z方向传播的平面波电场在y方向偏振，由;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象; 光的作用可以引起电子在不同的状态之间跃迁。 如果 ，价带电子吸收光子能量跃迁到导带；如果 ，虽然价带电子不能跃迁到导带，但是其仍能吸收光子能量从低能级跃迁至较高能级。; 机理：载流子吸收光能跃迁； 晶格振动吸收光能。 机制：本征吸收，杂质吸收，自由载流子吸收， 激子吸收，晶格振动吸收，子带吸收。 条件：能量守恒- 动量守恒- 特征：存在长波限。; 价带电子吸收光子能量跃迁至导带。;;存在：直接跃迁； 间接跃迁。 间接跃迁-光子、电子、声子共同参与。 能量守恒： 动量守恒： ;;跃迁过程： 施主能级电子—导带；受主能级空穴—价带 电离受主能级电子—导带； 电离施主能级空穴—价带 能量关系： 施主能级电子—导带 受主能级空穴—价带 电离受主能级电子—导带 电离施主能级空穴—价带 动量关系：束缚状态无一定准动量，跃迁后状态不受波矢限制； 可越迁至任意能级，引起连续吸收光谱。 ;导带及价带内电子从低能级跃迁到高能级。 能量守恒： 动量守恒：吸收或释放声子。 特征：吸收系数随波长增大而增强。 (跃迁能量间隔小，参与声子少);1. 激子吸收 激子：处于禁带中的电子与价带中的空穴在库仑场作用下束缚在一起形成的电中性系统。激子可以在整个晶体中运动，不形成电流。 激子吸收： 价带电子受激跃至禁带，形成激子。 激子吸收特征： 2. 晶格吸收 光子能量直接转换成晶格振动动能。 3. 子带吸收 量子阱、超晶格子带间跃迁 ;1. 本征跃迁 导带电子跃??到价带与空穴复合 直接跃迁(直接复合)： 能量守恒： 波矢相等：辐射效率高。 间接跃迁(间接复合)： 能量守恒： 波矢不等：辐射效率低。;;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;第一章半导体材料的光学性质与光电现象;;半导体光电子器件;第二章：半导体光电子器件物理基础;§2.1 pn结的物理基础;§2.1 pn结的物理基础;§2.1 pn结的物理基础;§2.1 pn结的物理基础;§2.2 非平衡pn结;§2.2 非平衡pn结;§2.2 非平衡pn结;;§2.3 非平衡pn结的能带结构与载流子分布;§2.3 非平衡pn结的能带结构与载流子分布;§2.4 pn结的直流电学特性; 小注入条件下，x=xn处，空穴的扩散流密度;若;温度对电流密度的影响很大;Si -pn结理论曲线与和实验曲线的示意图; 2. 正偏小电流： 空间电荷区内载流子浓度高于平衡值； 载流子的复合高于产生，有净的复合流； 正向电流应为正向扩散流与空间电荷区净复合流之和。 Si和GaAs，在电小流时，复合电流起支配作用，影响不可忽略；随电流密度增大，复合电流的影响减小，理论与实验逐渐相符。 Ge pn结，正向扩散流密度远高于复合流，在正向电流密度不是很大时，理论曲线与实验数量符合较好。;;对于突变结;n区少子数量;三、等效电路 ; pn结反向电流很小，但是当反向电压增大到某一值时，电流急剧上升，这种现象称为pn结的击穿。相应电压称为pn结击穿电压。