第二章半導體光子材料

個人整理精品文檔，僅供個人學習使用個人整理精品文檔，僅供個人學習使用個人整理精品文檔，僅供個人學習使用/個人整理精品文檔，僅供個人學習使用第二章半導體光子材料.名詞解釋固溶體：兩種或兩種以上的固體材料互溶在一起構成的新型晶體結構，晶體結構中一種位置被兩種或兩種以上的不同元素（或基團）占據(jù)，形成組分完全互溶的新型晶體。在一定結構位置上，其組成的元素的離子或原子互相置換，但不改變整個晶體的結構及對稱性。固溶體分為三種：替代式固溶體，填隙式固溶體和缺陷式固溶體。固溶體的晶格常數(shù)也隨著固溶體的組分大小而改變。晶格匹配：兩種半導體材料在形成異質(zhì)結時，由于晶格常數(shù)相同，失配度為零，而使界面處晶格完美的結合在一起而不形成懸鍵，這種狀態(tài)就是晶格匹配。晶格失配：兩種半導體材料在形成異質(zhì)結時，由于晶格常數(shù)不同，界面處結合的原子會受到因此而產(chǎn)生的應力，也會產(chǎn)生未匹配對的懸鍵，這種狀態(tài)就是晶格失配。應變：晶格常數(shù)不同的兩種半導體形成的異質(zhì)結界面會產(chǎn)生應力，晶格常數(shù)大的材料的原子受到壓縮應力，晶格常數(shù)小的材料原子受到拉伸應力，這就使得界面附近的晶格常數(shù)不同于各自體材料的晶格常數(shù)，從而產(chǎn)生應變。臨界厚度：外延層中剛剛要出現(xiàn)位錯時的外延層厚度，小于臨界厚度時，外延層不會出現(xiàn)新的位錯；大于臨界厚度時，外延層肯定出現(xiàn)新的位錯。界面態(tài)：兩種半導體材料晶格常數(shù)的不同在異質(zhì)結界面處出現(xiàn)懸鍵，這些懸鍵會引起界面態(tài)。.試求試求出、、、的帶隙寬度和發(fā)射波長。解析：室溫下，分析帶隙寬度同組分的關系，可看出禁帶寬度隨著的變化而變化，且?guī)У膸峨S著增大而增大的速率較快。已知，室溫下：的帶隙寬度：而的帶隙寬度：故可知：對于而言，帶隙寬度為：對于而言，帶隙寬度為：對于，帶隙寬度為：半導體的禁帶寬度應為電子從價帶躍遷到導帶所需的最小的能量。半導體的發(fā)射波長一般取決于半導體材料的禁帶寬度：故：對于：禁帶寬度為：發(fā)射波長為：對于：禁帶寬度為：發(fā)射波長為：對于：禁帶寬度為：發(fā)射波長為：對于：禁帶寬度為：對于此種間接帶隙半導體材料，在間隙下發(fā)光效率非常低，需要額外聲子的參與才能保證其發(fā)生輻射躍遷發(fā)光，故對于半導體其發(fā)射波長取決于禁帶寬度相對小的，發(fā)射波長為：.試求室溫下（）高純；()摻雜載流子濃度為；()摻雜載流子濃度三種情況下的禁帶寬度。解析：已知室溫下高純的的禁帶寬度，摻有雜質(zhì)時，帶隙邊出現(xiàn)收縮而使帶隙寬度減小，使發(fā)射波長邊長，即發(fā)生紅移。室溫下帶隙同雜質(zhì)載流子濃度的關系如下：故可得：高純的禁帶寬度：。摻雜載流子濃度為時，的禁帶寬度：()摻雜載流子濃度時，的禁帶寬度：小結：由帶隙同雜質(zhì)載流子濃度的關系可看出，載流子濃度對帶隙寬度的影響與載流子的類型無關，兩種類型的雜質(zhì)載流子濃度分別對半導體材料作用時的效果是一樣的。.由經(jīng)驗得出，同晶格匹配時滿足，其帶隙同組分的關系為：試求由其制備的發(fā)射峰值時的值。解析：已知材料禁帶寬度同發(fā)射波長的關系：故：且解之得：由晶格匹配時的關系知、的值都在和之間，存在這種四元固溶體，其發(fā)射峰值，其能帶結構依賴于、的大小，且該波長在光纖通信波長范圍內(nèi)，具有重要應用價值。.試述常用半導體光學材料的折射率同材料組分、能量、波長的關系及其物理意義?；衔锇雽w構成的固溶體的折射率的大小同禁帶寬度之間并沒有固定的依賴關系，但折射率同材料禁帶寬度之間的變化趨勢卻是明顯的，不同化合物的禁帶寬度和折射率組分變化趨勢相反，即大的化合物折射率反而小，故材料組分越大，折射率越小。禁帶寬度與波長成反比關系，折射率隨著波長的增長而減小。折射率隨著光子能量的增大而增大，光子能量增大，則波長減小，則折射率增大。大的組分大的材料能對小的材料能提供載流子