电子科技大学：《半导体光电子学 Semiconductor Optoelectronics》课程教学资源（课件讲稿）第三章 半导体中的光现象

第三章半导体中的光现象 >半导体中的折射率 n= 真空光速与材料中的光速之比 v n=√4介电常数、磁导率 要-2mv k=

第三章 半导体中的光现象 ➢ 半导体中的折射率 v c n = n =  真空光速与材料中的光速之比 介电常数、磁导率     n c k ) 2 ( 2 = =

第三章半导体中的光现象 >半导体中的折射率 在相应的 透明波段 表1.7二元化合物半导体材料的带隙和折射率 材料 AIP AlAs AlSb GaP GaAs GaSb InP InAs E2(ev) 2.15 1.6 2.25 1.43 0.68 1.27 0.36 n 3.027 3.178 >3.4 3.452 3.590 3.82 3.45 ≈3.5 1.24 hy=Ex=

➢ 半导体中的折射率 在相应的 透明波段   1.24 h = Eg = 第三章 半导体中的光现象

第三章半导体中的光现象 >半导体中的折射率 Al,Ga1-xAS的折射率同组分的关系 3.6 3.6 B 3.4 电子准费米能级Fc 3.2 3.0 导带 3.5 2.8 △EcB △EA)1 0 元Aw,=2.971 空穴准费米能级 N P2 P 3.4 E=1.38eV △EcB) 价带 FvI△Ev(A) T=297K 3.3 N-(GaAl)As p-GaAs P-(GaAI)As 0.00.10.20.30.40.50.60.70.8 AlAs组分(x)

➢ 半导体中的折射率 第三章 半导体中的光现象

第三章半导体中的光现象 >半导体中的折射率 Al Ga1-xAs的折射率n同光子能量的关系 38 T=297K Po=2x 1018 cm-3 3.7 SI-DOPED HIGH-PURITY GaAs GaAs 3.6 7=0.070.100.50200240.29 038 3.5 3.4 3.3 3.2 12 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 ENERGY,E(eV)

➢ 半导体中的折射率 第三章 半导体中的光现象

第三章半导体中的光现象 >半导体中的折射率 GaxIn1,PyAs1-y的折射率同波长的关系 3.7 3.6 y=0.884 y=0.614 y=1.0 3.5 者 y=0.276 3.4 y=0.0 (InP入 3.3 3.21 3.1十T 0.50.91.31.72.12.5 波长A/μm

➢ 半导体中的折射率 第三章 半导体中的光现象

第三章半导体中的光现象 >复折射率的实部和虚部n=n+k E(z,t)=E:epli(o- 2元元z)川 -Exp:)explita- 2元版川 I(z,t)=E2(z,t)( 该指数项 左右吸收 4xk Q= 九

➢ 复折射率的实部和虚部 第三章 半导体中的光现象 nz )] 2 z )exp[i( t 2 k E exp( nz )] 2 ~ E(z,t ) E exp[i( t 0 0 0 x 0 0 x         = − − = − n n ik ~ = + 0 4 k    = I(z,t ) E (z,t ) 2 = 该指数项 左右吸收

第三章半导体中的光现象 >辐射复合和非辐射复合 光谱宽、光 电子的几种跃迁方式 强弱、相位& 偏振没特色 光放大 相干性 (a) (b) (c 电子在能级间的跃迁 (a)受激吸收，(b)受激发射，(c)自发发射；(d)发射声子 光探测的 激光器的 物理机制 物理机制

➢ 辐射复合和非辐射复合 第三章 半导体中的光现象 光探测的 物理机制 激光器的 物理机制 电子的几种跃迁方式 光谱宽、光 强弱、相位& 偏振没特色 光放大 相干性

第三章半导体中的光现象 >辐射复合和非辐射复合 E2 E Ec 电子能带间的跃迁 E21=hv Ev E 电子在半导体能带间的跃迁

➢ 辐射复合和非辐射复合 第三章 半导体中的光现象 电子能带间的跃迁

第三章半导体中的光现象 >辐射复合和非辐射复合 电子空穴 1.24阿的清夫 辐射 带间复合 E。= λ 复合 杂质能级与带间复合 浅施主能级+价带&导带+浅受主能级 杂质能带 √杂质能级之间的复合（施受合掺）：D-A对复合 √激子复合 间接半导体和地位结构半导体材料 等电子的陷阱复合 绿色红色GaP、GaAS 同组杂质被替换形成等电子陌阱 形成电子受主和电子施主对应的束缚激子

➢ 辐射复合和非辐射复合 第三章 半导体中的光现象 ✓ 带间复合  1.24 Eg = 电子空穴 对的消失 ✓ 杂质能级与带间复合 浅施主能级+价带 & 导带+浅受主能级 杂质能带 ✓ 杂质能级之间的复合（施受合掺）：D-A对复合 ✓ 激子复合 间接半导体和地位结构半导体材料 ✓ 等电子的陷阱复合 同组杂质被替换形成等电子陷阱 形成电子受主和电子施主对应的束缚激子 绿色红色GaP、GaAS 辐射 复合

第三章半导体中的光现象 >辐射复合和非辐射复合 非辐射 多声子复合 复合 声子能量：约0.06ev一一 杂质缺陷界面态 俄歇复合 Auger effect:三粒子参与、四能级涉及 E (⑤) 带间俄歇复合 杂质俄歇复合 半导体中的几种带间和杂质能级参与的俄歇复合过程

➢ 辐射复合和非辐射复合 第三章 半导体中的光现象 非辐射 复合 ✓ 多声子复合 声子能量：约0.06ev——杂质缺陷界面态 ✓ 俄歇复合 Auger effect：三粒子参与、四能级涉及