新型半导体器件.ppt

激光器Laser—1976年左右，光纤的传输损耗在波长大于1?m时波长越大损耗越小，但在长波长带没有半导体激光器。GaInAsP系列的激光器可以从长波长工作。发光二极管的发光加受激辐射受激辐射三个条件1。粒子数反转2。形成光谐振腔3。满足一定的阈值条件第41页,共60页，星期六，2024年，5月结型激光器中，垂直于结面的两个严格平行的抛光解理面和另一对与之垂直的平行粗糙面构成了所谓法布里-帕罗腔。两个抛光解理面就是谐振腔的反射镜面。第42页,共60页，星期六，2024年，5月结型激光器中，垂直于结面的两个严格平行的抛光解理面和另一对与之垂直的平行粗糙面构成了所谓法布里-帕罗腔。两个抛光解理面就是谐振腔的反射镜面。结型激光器结构第43页,共60页，星期六，2024年，5月Singleheterojunctionlaser第44页,共60页，星期六，2024年，5月太阳能电池太阳能电池对于空间和地面应用都是很有用的。它能给卫星长时间持续供电。由于太阳能电池能以高转换效率直接将太阳光转变成电力，以相当低廉的价格提供几乎永久性的动力，而且实际上不造成任何污染，因此它也是地球上新型能源的重要候选者。太阳能电池起支配作用的有效过程是光吸收第45页,共60页，星期六，2024年，5月非晶硅（?-Si）也可以用来制作太阳能电池，用射频辉光放电分解硅烷的方法，在金属或玻璃衬底上淀积几微米厚的非晶硅薄层，?-Si的有效禁带宽度是1.5eV，它的光吸收特性如图6.27所示。虽然?-Si太阳能电池的效率（?10%）比单晶硅太阳能电池的效率低，但是它的造价却低得多，因此，?-Si太阳能电池是大规模利用太阳能的主要器件之一。第46页,共60页，星期六，2024年，5月光电探测器光电探测器是能够把光信号转变成电信号的半导体器件。光电探测器的工作过程包括下面三个步骤：：1）入射光产生载流子；2）载流子输运和（或）被某种可能存在的电流增益机构倍增；3）电流和外电路相互作用，提供输出信号。第47页,共60页，星期六，2024年，5月光电探测器有广泛的应用，其中包括用作光隔离器中的红外传感器和光纤通讯探测器。对于这些应用，光电探测器在工作的波长范围内必须具有高灵敏度、高的响应速度及低噪声。此外光电探测器应该小型坚实，偏置电压、偏置电流低，在所要求的工作条件下使用可靠。第48页,共60页，星期六，2024年，5月光电二极管光电二极管基本上是一个工作在反向偏置下的p-n结。当光信号射到二极管上时，耗尽区把光产生的电子-空穴对分离开，在外电路中产生电流。在高频工作时，耗尽区必须很薄以减小渡越时间；但另一方面，为了增加量子效率，耗尽层又必须足够厚，以便能吸收大部分入射光，因此，应该兼顾响应速度和量子效率。第49页,共60页，星期六，2024年，5月量子效率量子效率是每个入射光子产生的电子-空穴对的数目：式中Ip是吸收波长为?（相应的光子能量为h?）、功率为Popt的入射光产生的光电流。决定?的关键因素之一是吸收系数?（图6.27）。由于?和波长有强烈的依赖关系，因此能产生明显光电流的波长范围是有限制的。长波限?C由禁带宽度[式（6-25）]决定，例如对于锗是1.8?m，对于硅为1.1?m。当波长大于?C时，?值太小，不足以产生显著的带到带的吸收。光响应也有短波限，这是因为波长很短时，?值很大（?105cm-1），大部分辐射在表面附近被吸收，而表面的复合时间又很短，因此光生载流子在被p-n结收集之前就已经被复合掉了。第50页,共60页，星期六，2024年，5月在紫外光和可见光区，金属-半导体光电二极管有很高的量子效率；在近红外区，硅光电二极管（有抗反射涂层）在0.8?m到0.9?m附近,量子效率可达100%；在1.0?m到1.6?m的区域,锗光电二极管和III-V族光电二极管(如GaInAs)有很高的量子效率。对于更长的波长，为了获得高的量子效率，光电二极管需进行冷却（例如冷却到77K）。第51页,共60页，星期六，2024年，5月响应速度响应速度受下列三个因素限制:(1)载流子的扩散；（2）在耗尽层内的漂移时间；（3）耗尽层电容。在耗尽层外边产生的载流子必须扩散到p-n结，这将引起可观的时间延迟。为了将扩散效应减到最小，结应尽可能接近表面。当耗尽层足够宽时，光被吸收的量将最大。不过，耗尽层又不能太宽，否则渡越时间会限制频率响应。耗尽层又不能太薄，否则电容C过大，使时间常数RC变得很大，这里R是负载电阻。耗尽层宽度的最佳折衷方案是使耗尽层渡越时间近似等于调制周期的一半。例如，调制频率为2GH