蒋玉龙半导体器件讲义 器件特性测试实验讲义

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1、蒋玉龙半导体器件讲义器件特性测试实验讲义导读：就爱阅读网友为您分享以下“器件特性测试实验讲义”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对92to.com的支持!区价带有许多空穴，但势垒很高，很少有粒子越过势垒进入结区，它们复合便产生光子发射，如图３所示，光子的波长分布在数百埃范围内，其峰值近似禁带宽度，但与其搀杂浓度和类型有关。发射的光子各向同性，光子之间没有固定的位相关系，是自发辐射。要使半导体发射的光子具有相同的能量，方向，光子间具备固定的位相关系的受激发射，所需满足的条件与上述讨论不同的地方是：其一，将电子从能量低的价带激发到能量高的

2、导带，产生粒子数的反转分布；其二，提供光学放大系统，即形成谐振腔，使光的增益大于损耗。要使半导体形成离子数反转分布就必须使受激发射大于受激吸收。如果有一束平行光，沿正z方向33传播，受激吸收时，价带中能量为（E-hv）的电子，吸收能量为hv的光子而产生受激跃迁，它只能跃迁到导带中能量为E的未被电子占据的空能级上。那么受激吸收的光子数与价带中能量为(E-hv)能级上的电子数[Nv(E-hv)fv(E-hv)]成比例，还与导带中能量为E的能级上未被电子占据的空能级数[Nc(E)(1-fc(E))]成正比，其中Nv(E-hv)和Nc(E)

3、表示能量为（E-hv）和能量为E的价带和导带的能级密度，fv(E-hv)和fc(E)表示能量为（E-hv）和E的电子占有价带和导带的几率。它们服从费米分布规律。这样在dt时间内、单位体积内由于受激吸收而减少的光子数为?dNa?Nv(E?hv)Nc(E)fv(E?hv)[1?fc(E)]Bvc?(v,Z)dt（14）其中Bvc是受激吸收的爱因斯坦系数，ρ（v,z）是辐射能量密度。在受激发射时，导带中能量为E的能级上电子受激发射出能量为hv的光子，同时下落到价带中能量为(E-hv)的未被电子占据的能级上。带dt时间内，单位体积因受激发射

4、而增加的光子数为dNe?Nc(E)Nv(E?hv)fc(E)[1?fc(E?hv)]Bcv?(v,Z)dt（15）式中Bcv是受激发射爱因斯坦系数。可以证明半导体中有Bvc=Bcv（16）在激活介质中同时存在受激发射和受激吸收，引起光子数总变化为dN=dNa+dNe（17）将11.14.15.16代如17式得dN?Nc(E)Nv(E?hv)[fc(E)?fv(E?hv)]Bcv?(v,z)33（18）dt6光要得到放大的必要条件是受激发射大于受激吸收，即（19）dN?0dt由此得到fc(E)>fv(E-hv)亦即(EF)n–(EF)

5、p>hv（20）(EF)n和(EF)p表示电子和空穴的准费米能级。20就是表示达到粒子数反转产生光放大作用的条件。它的物理意义就是导带能级被电子占据的几率应大于由辐射跃迁相联系的价带能级上被电子占据的几率。由于半导体是能带结构，不能用粒子数的多少来表示粒子数的反转，只能用20式来表示，发射的光子能量基本上等于禁带宽度Eg。20式表明非平衡的电子和空穴的准费米能级之差要大于禁带宽度。图４给出了双异质结激光器的能带图。其次，要实现20式粒子数反转条件，还要求正向偏压必须很大，因为准费米能级间的差距与外加偏压V满足(EF)n-(EF)p=

6、qV的关系，要求qV>Eg。图．４双异质结型激光器能带图半导体激光器产生激光的另一个条件是必须有谐振腔，其谐振腔一般由天然解理面构成。沿谐振腔轴向形成的稳定驻波称为纵膜，相邻两纵膜间距可以由驻波条件得到?????2??n2nL(1?)n??（21）33式中L为半导体激光器腔长，λ为波长，n为半导体材料的折射率。7?n是??色散项。由于半导体激光器发射的光子能量hv接近禁带宽度Eg,n随λ变化很大，因此讨论纵膜间距必须考虑色散的影响。下面讨论半导体激光器的一些光谱特性。实验发现，随着电流的增加，激光器发出的光谱分布会发生变化，如图5所

7、示。工作电流低于阈值时，如图5所示，荧光光谱很宽，一般为几百埃。电流达到或大于阈值时，如图所示，谱线变得很窄，并且出现一个或几个强烈变窄的峰。这些峰刚出现时的电流值为阈值。这也就是半导体激光器阈值的光谱测量法。这些峰的位置，间隔与激光器的纵膜有关。图．６砷化镓激光器的发射光谱（a）低于阈值时（b）高于阈值时实验仪器与装置：光探测器图７．试验装置示意图实验仪器：单色仪，光探测器，激光器，微型电子计算机。33半导体激光器发出的光经过光谱仪狭缝后，照射到准光镜后成为平行光束投射到平面反射光栅上进行分光。分光后的单色光经会聚物镜聚焦，8按波

8、长排列于接收系统的焦平面上。用光探测器作为接收元件，使光信号转换成电信号后输入微型电子计算机，自动扫描画出发射光谱图。波长扫描由同步转动平面光栅的角度来实现。光谱图的纵坐标为谱线的相对强度，横坐标为波长。三、实验步骤：1．确保实验仪器