半導(dǎo)體激光器ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-02 12:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由 于 非 平 衡 少 數(shù) 載 流 子 的 引 入 ， 使 費(fèi) 米 能 級(jí) 發(fā) 生了 變 化 ， 已 經(jīng) 不 再 適 用 ， 引 入 新 的 費(fèi) 米 能 級(jí) 描 述電 子 和 空 穴 占 有 能 級(jí) 的 情 況 — — 準(zhǔn) 費(fèi) 米 能 級(jí) 。記 為 和 。在 區(qū) ， 能 級(jí) 是 傾 斜 的 ， 這 是 因 為 由 區(qū) 擴(kuò) 散來(lái) 的 電 子 在 擴(kuò) 散 過(guò) 程 中 不 斷 與 區(qū) 的 空 穴 復(fù) 合 ，所 以 電 子 數(shù) 不 斷 減 少 ， 不 斷 下 降 。 同 理 ， 由區(qū) 擴(kuò) 散 來(lái) 的 空 穴 與 區(qū) 的 電 子 不 斷 復(fù) 合 ， 所 以 ，區(qū) 的 也 是 傾 斜 的 。pghE? ?電 子 與 空 穴 復(fù) 合 ， 即 電 子 由 導(dǎo) 帶 進(jìn) 入 價(jià) 帶 ， 多 出的 能 量 以 光 子 的 形 式 釋 放 出 來(lái) 。光 子 的 能 量 為 （ 禁 帶 寬 度 ） 。在 半 導(dǎo) 體 激 光 器 中 ， 這 部 分 區(qū) 域 稱 為 有 源 區(qū) 或 作用 區(qū) 。少 數(shù) 載 流 子 擴(kuò) 散 的 平 均 距 離 稱 為 擴(kuò) 散 長(zhǎng) 度 。 電 子的 擴(kuò) 散 長(zhǎng) 度 大 于 空 穴 的 擴(kuò) 散 長(zhǎng) 度 ， 所 以 半 導(dǎo) 體 的有 源 區(qū) 一 般 都 靠 近 區(qū) 。外 加 電 壓 越 大 ， 擴(kuò) 散 長(zhǎng) 度 越 大 。1G a A sp n p np np nG a A s???????二 、 注 入 式 同 質(zhì) 結(jié) 半 導(dǎo) 體 激 光 器、 結(jié) 構(gòu)1962 年 研 制 成 功 ， 半 導(dǎo) 體 激 光 器 。同 質(zhì) 結(jié) ： 結(jié) 由 同 一 種 材 料 的 型 和 型 構(gòu) 成 。結(jié) 正 向 注 入 式半 導(dǎo) 體 激 光 器 電 子 束 激 勵(lì)的 泵 浦 方 式 光 激 勵(lì)碰 撞 電 離 激 勵(lì)諧 振 腔 ： 結(jié) 的 兩 個(gè) 端 面 構(gòu) 成 平 行 平 面 腔 。方 法 ： 利 用 晶 體 的 自 然 結(jié) 晶 面 [110] ，端 面 反 射 率 ： 32 ％ ， 一 般 將 其 中 的 一 個(gè) 面 鍍 全 反 射 膜 。2G a A s、 半 導(dǎo) 體 激 光 器 粒 子 數(shù) 反 轉(zhuǎn) 分 布 條 件只 有 重 摻 雜 材 料 ， 在 外 加 泵 浦 激 勵(lì) 下 才 能形 成 載 流 子 的 反 轉(zhuǎn) 分 布 。DG a A s p neVpn重 摻 雜 的 區(qū) 和 區(qū) 的 費(fèi) 米 能 級(jí) ， 分 別 進(jìn) 入價(jià) 帶 和 導(dǎo) 帶 。 勢(shì) 壘 高 度 為 。 ？ ？ ？在 區(qū) ， 電 子 的 填 充 水 平 很 低 ， 有 大 量 空 穴 存 在 。在 區(qū) ， 電 子 的 填 充 水 平 很 高 ， 有 大 量 電 子 存 在 。pnV L Lpnnpp n pD施 加 正 向 電 壓 ， 圖 中 長(zhǎng) 虛 線 為 費(fèi) 米 能 級(jí) ， 和 分別 為 空 穴 和 電 子 的 擴(kuò) 散 長(zhǎng) 度 。 施 加 正 向 電 壓 時(shí) ， 勢(shì) 壘高 度 降 低 ， 區(qū) 空 穴 向 區(qū) 移 動(dòng) ， 區(qū) 電 子 向 區(qū) 移 動(dòng) 。區(qū) 和 區(qū) 的 費(fèi) 米 能 級(jí) 發(fā) 生 偏 離 ， 區(qū) 能 級(jí) 向 下 移 動(dòng) 。此 時(shí) 的 勢(shì) 壘 高 度 為 e(V V) 。p nghE? ?在 結(jié) 附 近 ， 導(dǎo) 帶 中 有 電 子 ， 價(jià) 帶 中 有 空 穴 。 這 部 分區(qū) 域 稱 為 有 源 區(qū) 。 有 源 區(qū) 內(nèi) 導(dǎo) 帶 上 的 電 子 向 下 躍 遷 到價(jià) 帶 上 ， 產(chǎn) 生 電 子 － 空 穴 復(fù) 合 ， 多 余 的 能 量 即 以 光 子的 形 式 輻 射 出 來(lái) 。 由 晶 體 生 長(zhǎng) 的 [110] 面 形 成 平 行 平 面腔 ， 在 增 益 大 于 損 耗 時(shí) ， 形 成 激 光 輸 出 。 輸 出 光 子 的能 量 近 似 等 于 禁 帶 寬 度 。( , ):arrarc v e hCVdNdNdt dtdNdNdNB N N xdtB????在 半 導(dǎo) 體 內(nèi) ， 導(dǎo) 帶 和 價(jià) 帶 之 間 除 了 有 受 激 輻 射 ，還 有 受 激 吸 收 ， 二 者 同 時(shí) 存 在 。 在 激 光 輸 出 時(shí) ，產(chǎn) 生 受 激 輻 射 的 速 率 必 須 大 于 產(chǎn) 生 受 激 吸 收 速 率 。為 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 單 位 體 積 中 因 受 激 輻 射 而 增 加 的 光 子 數(shù) 。為 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 單 位 體 積 中 因 受 激 吸 收 而 減 少 的 光 子 數(shù) 。受 激 輻 射 速 率受 激 輻 射 愛(ài) 因 斯 坦 系 數(shù) 。( ) ( )( ) [ 1 ( ) ]()()()()1 ( )( ) ( ) (e c ch v vccvvvrc v c c vN N E f EN N E h f E hN E Ef E EN E h E hf E h E hf E h E hdNB N E f E N E hdt??????????? ? ? ?????? ? ?? ? ?導(dǎo) 帶 上 電 子 數(shù) 為 ：價(jià) 帶 上 空 穴 數(shù) 為 ：式 中 ： ：
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