第二章半導(dǎo)體光子材料

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用/個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用第二章半導(dǎo)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(gòu)成的新型晶體結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)中一種位置被兩種或兩種以上的不同元素（或基團(tuán)）占據(jù)，形成組分完全互溶的新型晶體。在一定結(jié)構(gòu)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(gè)晶體的結(jié)構(gòu)及對(duì)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(dǎo)體材料在形成異質(zhì)結(jié)時(shí)，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(jié)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(dǎo)體材料在形成異質(zhì)結(jié)時(shí)，由于晶格常數(shù)不同，界面處結(jié)合的原子會(huì)受到因此而產(chǎn)生的應(yīng)力，也會(huì)產(chǎn)生未匹配對(duì)的懸鍵，這種狀態(tài)就是晶格失配。應(yīng)變：晶格常數(shù)不同的兩種半導(dǎo)體形成的異質(zhì)結(jié)界面會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，晶格常數(shù)大的材料的原子受到壓縮應(yīng)力，晶格常數(shù)小的材料原子受到拉伸應(yīng)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(yīng)變。臨界厚度：外延層中剛剛要出現(xiàn)位錯(cuò)時(shí)的外延層厚度，小于臨界厚度時(shí)，外延層不會(huì)出現(xiàn)新的位錯(cuò)；大于臨界厚度時(shí)，外延層肯定出現(xiàn)新的位錯(cuò)。界面態(tài)：兩種半導(dǎo)體材料晶格常數(shù)的不同在異質(zhì)結(jié)界面處出現(xiàn)懸鍵，這些懸鍵會(huì)引起界面態(tài)。.試求試求出、、、的帶隙寬度和發(fā)射波長(zhǎng)。解析：室溫下，分析帶隙寬度同組分的關(guān)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(duì)于而言，帶隙寬度為：對(duì)于而言，帶隙寬度為：對(duì)于，帶隙寬度為：半導(dǎo)體的禁帶寬度應(yīng)為電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶所需的最小的能量。半導(dǎo)體的發(fā)射波長(zhǎng)一般取決于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度：故：對(duì)于：禁帶寬度為：發(fā)射波長(zhǎng)為：對(duì)于：禁帶寬度為：發(fā)射波長(zhǎng)為：對(duì)于：禁帶寬度為：發(fā)射波長(zhǎng)為：對(duì)于：禁帶寬度為：對(duì)于此種間接帶隙半導(dǎo)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(duì)于半導(dǎo)體其發(fā)射波長(zhǎng)取決于禁帶寬度相對(duì)小的，發(fā)射波長(zhǎng)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(shí)，帶隙邊出現(xiàn)收縮而使帶隙寬度減小，使發(fā)射波長(zhǎng)邊長(zhǎng)，即發(fā)生紅移。室溫下帶隙同雜質(zhì)載流子濃度的關(guān)系如下：故可得：高純的禁帶寬度：。摻雜載流子濃度為時(shí)，的禁帶寬度：()摻雜載流子濃度時(shí)，的禁帶寬度：小結(jié)：由帶隙同雜質(zhì)載流子濃度的關(guān)系可看出，載流子濃度對(duì)帶隙寬度的影響與載流子的類型無(wú)關(guān)，兩種類型的雜質(zhì)載流子濃度分別對(duì)半導(dǎo)體材料作用時(shí)的效果是一樣的。.由經(jīng)驗(yàn)得出，同晶格匹配時(shí)滿足，其帶隙同組分的關(guān)系為：試求由其制備的發(fā)射峰值時(shí)的值。解析：已知材料禁帶寬度同發(fā)射波長(zhǎng)的關(guān)系：故：且解之得：由晶格匹配時(shí)的關(guān)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(jié)構(gòu)依賴于、的大小，且該波長(zhǎng)在光纖通信波長(zhǎng)范圍內(nèi)，具有重要應(yīng)用價(jià)值。.試述常用半導(dǎo)體光學(xué)材料的折射率同材料組分、能量、波長(zhǎng)的關(guān)系及其物理意義?；衔锇雽?dǎo)體構(gòu)成的固溶體的折射率的大小同禁帶寬度之間并沒(méi)有固定的依賴關(guān)系，但折射率同材料禁帶寬度之間的變化趨勢(shì)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(shì)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(zhǎng)成反比關(guān)系，折射率隨著波長(zhǎng)的增長(zhǎng)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(zhǎng)減小，則折射率增大。大的組分大的材料能對(duì)小的材料能提供載流子