【正文】 復(fù)合壽命更短的時間內(nèi)．電子在導(dǎo)帶、空穴在價帶分別達(dá)到暫時的平衡，則在這一段時間內(nèi)簡并化分布的導(dǎo)帶電子和價帶空穴就處于相對反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)。 圖 (526) PN能帶 圖 (527) 正向電壓 V時形成的雙簡并能帶結(jié)構(gòu) 粒子數(shù)就是載流子數(shù)。在結(jié)區(qū)的一個很薄的作用區(qū)，形成了雙簡并能帶結(jié)構(gòu)。此時結(jié)區(qū)的統(tǒng)一費米能級不復(fù)存在，行成結(jié)區(qū)的兩個費米能級 EF+和 EF， 稱為準(zhǔn)費米能級。 P區(qū)所有能級上的電 子都有了附加位能，它等于勢壘高度 VD 乘以電子電荷 e（ VDe） 圖 (526) PN能帶 當(dāng)給 P－ N 結(jié)加以正向電壓 V時，如圖（ 527）所示，原來的自建場將被削弱，勢壘降低，破壞了原來的平衡，引起多數(shù)載流子流入對方，使得兩邊的少數(shù)載流子比平衡時增加了，這些增加的少數(shù)載流子稱為 “ 非平衡載流子 ” 。在結(jié)區(qū)造成了能帶的彎曲。 引起漂移運動，當(dāng)擴(kuò)散運動和漂移運動達(dá)到熱平衡時， P區(qū)和 N區(qū)的 費米能級必然達(dá)到同一水平。 把 P型和 N型半導(dǎo)體制作在一起，是否可能在結(jié)區(qū)產(chǎn)生兩個費米能級呢？ 一、 PN結(jié)的雙簡并能帶結(jié)構(gòu) 如果我們設(shè)法使一塊完整的半導(dǎo)體一邊是 N型，而另一邊是 P型，則在接合處形成 P－ N結(jié)。 (圖 f )中的情況都只有兩 費米能級，導(dǎo)帶有自由電子，價帶中有空穴， 當(dāng)入射光的頻率滿足 gFF Eh νEE ??? ?? 時，外來光子會誘導(dǎo) 導(dǎo)帶中的自由電子向價帶空穴躍遷而發(fā)出一個同樣的光子。 兩個費米能級使得導(dǎo)帶中有自由電子；價帶中有空穴。 ⑤雙簡并半導(dǎo)體 —— 半導(dǎo)體中存在兩個 費米能級。 ③在重?fù)诫s P型半導(dǎo)體中，費米能級向下移到價帶中，低于 費米能級的能帶被電子填滿，高于費米能級的能態(tài)都是空的，導(dǎo)帶中出現(xiàn)空穴 —— P型簡并半導(dǎo)體 (圖 c)。 ②在輕摻雜 P型半導(dǎo)體中，受主能級使費米能級向下移動 (圖 b)。為了說明問題，圖 (525)給出了溫度極低時的情況。 2．電子和空穴的統(tǒng)計分布 統(tǒng)計物理學(xué)指出： 熱平衡時，電子在能帶中的分布不再服從玻爾茲曼分布，而服從費米分布， 一個電子占據(jù)能量為 E的能級的幾率為 1()1Fn EEkTfEe??? 由上式可見，對于某一溫度 T，能級 E上的電子占據(jù)率唯一地由費米能級 EF所確定，因此可以把 EF視作電子填充能級水平的一把 “ 尺子 ” 。而如果我們在四價半導(dǎo)體中摻入三價元素，則會在價帶上方形成受主雜質(zhì)能級，價帶上的電子可跑到受主能級上去，從而在價帶上產(chǎn)生許多空穴。雜質(zhì)能級上電子很容易轉(zhuǎn)移至導(dǎo)帶上去，這種雜質(zhì)稱為施主。但如果半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)，情況就不同了。 在純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體中，由于熱運動而產(chǎn)生的自由電子和空穴數(shù)量很少。 圖 (523) 固體的能帶 圖 (523) 固體的能帶 圖 (524) 本征半導(dǎo)體的能帶 在晶體中，由價電子能級分裂而成的能帶叫做 “ 價帶 ” ，如某一能帶被電子填滿，則稱之為 “ 滿帶 ” ，而在未激發(fā)情況下無電子填入的能帶叫做 “ 空帶 ’ ，若價帶中的電子受激而進(jìn)入空帶，則此空帶稱為 “ 導(dǎo)帶 ” ，同時，價帶上由于價電 子激發(fā)到導(dǎo)帶后留下一些空著的能級稱為 “ 空穴 ” 。此間距用禁帶寬度 Ev來衡量。我們便把這 N個能級所具有的能量范圍稱為 “ 能帶 ” 。 量子力學(xué)證明：當(dāng) N個原子相接近形成晶體時，由于共有化運動，原來單個原子中每一個允許能級要分裂成 N個與原來能級很接近的新能級。 半導(dǎo)體的能帶和產(chǎn)生受激輻射的條件 一、有關(guān)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識 1．能帶 構(gòu)成半導(dǎo)體激光器的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體晶體。但是，由于半導(dǎo)體材料中電子運動的特殊性半導(dǎo)體激光器又有著許多不同于氣體和 固體激光器的特性。 自 1962年半導(dǎo)體砷化嫁（ GaAs）同質(zhì)結(jié)激光器問世后，半導(dǎo)體從同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙 異質(zhì)結(jié)到半導(dǎo)體激光器陣列，波長范圍履蓋了可見光到長波紅外，逐漸地成為現(xiàn)代激光器件中的應(yīng)用面最廣、發(fā)展最為迅速的一種重要器件類型。目前在光存儲、激光高速印刷、全息照相、激光準(zhǔn)直、測距及醫(yī)療等許多方面廣泛應(yīng)用。其特點為超小型、高效率、低成本、工作速度快和波長范圍寬等。 光從有源層沿垂直于 PN結(jié)的方向射出 。 激光振蕩 ? 激活物質(zhì)在被置于光學(xué)諧振腔后 ， 能對光的頻率和方向進(jìn)行選擇 ， 可獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出激光起振閾值條件：腔內(nèi)增益與損耗相當(dāng)時開始建立穩(wěn)定的激光振蕩 ， 閾值條件為： ? 是 閾值增益系數(shù)； ? 是諧振腔內(nèi)激活物質(zhì)的損耗系數(shù)； ? 為諧振腔長度 ? 激光振蕩的相位條件為： ? 或 nqL 2?? ?nLL 2?LRRht 2)1ln (21?? ??ht??L 半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu) ?同質(zhì)結(jié) ?單異質(zhì)結(jié)（ LH） ?雙異質(zhì)結(jié)（ DH） 雙異質(zhì)結(jié)（ DH)LD的結(jié)構(gòu) 限制層 GayAl1yAs 有源層 GaAs 限制層 GaXAl1XAs GaAs襯底 光輻射 金屬接觸 雙異質(zhì)結(jié)（ DH)LD的工作原理示意圖 P GayAl1yAs P