《半导体光电学》课后习题

《半导体光电学》课后习题

第一章半导体中光子-电子的相互作用

思考与习题

1、在半导体中有哪几种与光有关的跃迁，利用这些光跃迁可制造出哪些类型的半导体光电子学期间。

2、为什么半导体锗、硅不能用作为半导体激光器的有源介质，面却是常用的光探测器材料？

3、用量子力学理论证明直接带隙跃迁与间接带隙跃迁半导体相比其跃迁几率大。

4、什么叫跃迁的K选择定则？它对电子在能带间的跃迁速率产生什么影响？

5、影响光跃迁速率的因素有哪些？

6、推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。

7、比较求电子态密度与光子态密度的方法与步骤的异同点。

8、在半导体中重掺杂对能带结构、电子态密度、带隙、跃迁几率等带来什么影响？

9、什么叫俄歇复合？俄歇复合速率与哪些因素有关？为什么在等长波长激光器中，俄歇复合是影响其阀值电流密度、温度稳定性与可靠性的重要原因？

10、比较严格k选择定则与其受到松弛情况下增益-电流特性的区别。

11、带尾的存在对半导体有源介质增益特性产生哪些影响？

12、证明式（1.7-20）。

13、说明图1.7-5和图1.7-6所依据的假设有何不同？并说明它们各自的局限性。第二章异质结

思考与习题

1、什么是半导体异质结？异质结在半导体光电子器件中有哪些作用？

2、若异质结由n型（，，）和P型半导体（，，）结构，并有

，，，试画出np 能带图。

3、同型异质结的空间电荷区是怎么形成的？它与异质结的空间电荷形成机理有何区别？

4、推导出pn 异质结结电容 与所加正向偏压的关系， 的大小时半导体光电子器件的应用产生什么影响？

5、用弗伽定律计算 半导体当x=0.4时的晶格常数，并求出GaAs 的晶格失配率。

6、探讨在Si 衬底上生GaAs 异质结的可能性。

7、用 半导体作为激射波长为 可且光激光器的有源材料，计算其中AlAs 的含量。

8、由经验得出，当 时, 能与 很好的晶格匹配，试求出激射擅长为 时的x ，y 值.

9、为了减少载流子激光器有源区中泄漏，能否无限制地增加异质结势垒高度，为什么？

10、如取有源层与限制层带隙差 ,相对折射率2/n n ∆(2n 为有源层

的折射率)为 ，试设计 的可见光半导体激光器，即求出有源层 和限制层 的合理组分.

第三章 平板介质光波导理论

思考与习题

1、论述光波导致应在异质结激光器中的作用，在垂直于异质结平而方向上的光波导是怎样形成的？

2、要想在激射波长为1.3um 的双异质结激光器中得到基横模。已知中心层折射率为n 2=3.501. 两边限制层折射率n 1=n 3=3.220. 试求中心层厚度d 应满足的取值条件。

3、在图3. 2.1 所示的平板介质波导中，已知n 2=2.234 、n 1=2.214 、d=1um 和0λ=0.6328m μ. 求该波导的数值孔径和特征圆方程的R 值。

4、反射相移与吉斯-亨森位移在物理概念上有何联系和差别？

5、如何理解反射相移对波导模式的影响?为什么在对称平板介质波导中基模永不截止.而在非对称平板介质波导中存在基模截止条件。

6、从理论上证明在双异质结激先器中的光偏振方向平行于结平面。

7、什么叫有效折射率方法？在分析光波导中有何作用？

8、有哪些方法能在半导体激光器的侧向形成光波导？

9、为什么在讨论TE或TM 模式中均未考虑其z 分量?

第四章异质结半导体激光器

思考与习题

1、为什么同质结激光器不能在室温下连续工作？为什么其光场分布相对于结平面不对称分布？

2、条形半导体激光器有哪些优点？为什么？

3、在条形半导体激光器中侧向电流扩展和侧向载流子扩散在物理概念上有何不同？如何减少这两种影响？

4、增益波导的物理本质是什么？与折射率波导相比，在限制光场扩展能力上有何差别？

5、说明增益波导与折射率波导束腰位置在何差别？

6、说明散射因于(K 因子)的物理意义，证明增益波导与折射率波导的K 因子在数值上的差别？

7、制造可见光激光器所遇到的困难是什么？如何克服？

8、分布反馈激光器与通常的法布里-柏洛激光器在原理、结构和性能上有哪些差别？

9. DFB激光器中 /4相移区有何作用？为什么能起到这种作用？

第五章半导体激光器的性能

思考与习题

1、结合式(5.1-4)，解释图5.1-5 所表示的阈值电流密度

J与双异质结激光器有

a

源层厚度的关系。

T有何物理意义？为什么GaAIAs/GaAs激光器与2、半导体激光器的特征温度

InGaAsP /lnP激光器相比有高的特征温度？

3、有哪些具体措施能提高半导体激光器的微分量子效率？

与有源层厚度的关系。4、结合式(5.3-12)和图5.3-3说明半导体激光器的O

5、在以1x x Ga Al As -为有源层的半导体激光器中.其折射率n 品与x 的关系为n =3. 59-0.71x +0.092x ，若激射波长为0.83m μ，取2/n n ∆ (2n 为有源层折射率〉为 。为得到单侧模，求所允许的有源层宽度w .

6、从理论上分析，如何使半导体激光器得到单纵模？

7、半导体激光器的光谱线宽为什么比气体、固体激光器的线宽宽得多？

8、造成与功率无关的线宽原因是什么？如何减少这种线宽？

9、半导体激光器在高速调制下出现调制畸变的原因是什么? 有哪些方法可以消除它？

10、论述半导体激光器中张弛振荡与自持脉冲在形成机理上的区别。

11、设一半导体激光器的注入电流密度为22000/J A cm =，在pn 结上的压降为

1. 8V ，其微分量子效率为30 % ，求在结区所产生的热功率密度。

12、造成半导体激光器退化的机理有哪些？

第六章 半导体发光二极管

思考与习题

1、比较边发光管、面发光管和超辐射发光二极管在结构与性能上的差别。

2、设有源层材料增益与电流密度之间的关系为10.042180G J cm -=-, 有源条宽2.5W m μ=有源区长度200z L m μ=，在图6.2-3 所示的结构中，需加多大电流才能产生超辐射？

3、若在GaAlAs/GaAs 发光二极管中10310/p cm s β-=.，有源层厚度0.2d m μ= ，求注入电流密度42110/J A cm =⨯情况下的调制带宽。

第七章 半导体中的光吸收和光探测

思考与习题

1、叙述半导体光电探测器的基本工作原理，它有哪些突出的特点？

2、直接带隙跃迁、间按带隙跃迁、允许跃迁与禁戒跃迁在物理概念上有哪些区？

3、如果对PIN 光电探测器如上反向偏压，对探测器性能将产生哪些影响？

4、半导体雪崩二极管与PIN 在工作原理和性能上有什么不同？

5、电子与空穴的离化率之比对APD 性能产生哪些影响？