半导体光电子学作业

《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-电子的互相作用思虑与习题1、在半导体中有哪几种与光相关的跃迁，利用这些光跃迁可制造出哪些种类的半导体光电子学时期。

2、为何半导体锗、硅不可以用作为半导体激光器的有源介质，面倒是常用的光探测器械料？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对比其跃迁几率大。

4、什么叫跃迁的 K 选择定章？它对电子在能带间的跃迁速率产生什么影响？5、影响光跃迁速率的要素有哪些？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、在半导体中重混杂对能带构造、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要素相关？为何在等长波长激光器中，俄歇复合是影响其阀值电流密度、温度稳固性与靠谱性的重要原因？10、比较严格 k 选择定章与其遇到废弛状况下增益-电流特征的差异。

11、带尾的存在对半导体有源介质增益特征产生哪些影响？12、证明式（）。

13、说明图 1.7-5 和图 1.7-6 所依照的假定有何不一样？并说明它们各自的限制性。

第二章异质结思虑与习题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（）构造，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差异？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时的晶格常数，并求出GaAs 的晶格失配率。

6、商讨在 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资料，计算此中 AlAs 的含量。

8、由经验得出，当时,能与很好的晶格般配，试求出激射善于为时的 x， y 值 .9、为了减少载流子激光器有源区中泄露，可否无穷制地增添异质结势垒高度，为何？10、如取有源层与限制层带隙差,相对折射率n / n2 ( n2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虑与习题1、阐述光波致使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如何形成的？2、要想在激射波长为 1.3um 的双异质结激光器中获得基横模。

《半导体物理学》试题与及答案

练习1-课后习题7
第二章半导体中杂质和缺陷能级
锑化铟的禁带宽度E g = 0.18 e V ，相对介电常数 εr = 17 ，电子的有效质量mn∗ = 0.015 m0， m 0为电子的惯性质量，求 ⅰ）施主杂质的电离能， ⅱ）施主的弱束缚电子基态轨道半径。
解：
练习2
第二章半导体中杂质和缺陷能级
所以样品的电导率为： q(n0 n p0 p )
代入数据得，电导率为2.62 ×1013S/cm 所以，电场强度 E J 1.996103 mA / cm

作业-课后习题2
第四章半导体的导电性
试计算本征Si 在室温时的电导率，设电子和空穴迁移率分别为1450cm2/V·S 和500cm2/V·S。当掺入百万分之一的As 后，设杂质全部电离，试计算其电导率。比本征Si 的电导率增大了多少倍？（ni=1.5×1010cm-3; Si原子浓度为 =5.0×1022cm-3,假定掺杂后电子迁移率为900cm2/V·S)
m0为电子惯性质量，k1=1/2a; a=0.314nm。试求：（1）禁带宽度；（2）导带底电子有效质量；（3）价带顶电子有效质量；（4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
练习2-课后习题2
第一章半导体中的电子状态
2.晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m和107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
所以，300k时，
nT 300

(1.05 1019

5.7
1018 )
exp(
0.67 1.61019 21.381023 300)
1.961013cm3
77k时，

光电子技术作业解答

赖老师的课到期中考试为止一共有9次作业, 依次分别由冯成坤、饶文涛、黄善津、刘明凯、郑致远、黄瑜、陈奕峰、周维鸥和陆锦洪同学整理, 谨此致谢！作业一：1.桌上有一本书, 书与灯至桌面垂直线的垂足相距半米。

假设灯泡可上下移动, 灯在桌上面多高时, 书上照度最大？〔假设灯的发光强度各向通性, 为I0〕解：设书的面积为dA, 那么根据照度的定义公式：dAd I dA d E 0Ω==φ 〔1〕其中为上图所示的立体角。

因而有:2/32222)h (L hdA h L cos dA d +⋅=+⋅=Ωθ 〔2〕将〔2〕式代入〔1〕式得到:2/3220)h (L hI E += 〔3〕为求最大照度, 对〔3〕式求导并令其等于零,0dhdE= 计算得：m 221h =因而, 当高度为时书上的照度最大。

2.设He-Ne 激光器中放电管直径为1mm, 发出波长为6328埃的激光束, 全发散角为=10-3rad, 辐射通量为3mW, 视见函数取 V(6328)=0.24, 求: 〔1〕光通量, 发光强度, 沿轴线方向的亮度？〔2〕离激光器10米远处观察屏上照明区中心的照度？〔3〕假设人眼只宜看一熙提的亮度, 保护眼镜的透射系数应为多少？解: 〔1〕光通量: 发光强度: 亮度:〔2〕由题意知, 10米远处的照明区域直径为： m 101010L D 23--=⨯=⋅=θ从而照度为: 〔3〕透射率:作业二1.说明蓝色火焰与黄色火焰的色温谁高, 为什么？答：色温是用黑体的温度来标度普通热辐射源的温度。

如果热辐射体的光色与温度为T 的黑体的光色完全一样, 那么称该热辐射体的色温为T 。

由维恩位移定律〔其中〕, 可知, 峰值波长与温度成反比, 峰值波长随温度升高而蓝移。

因为蓝色火焰发出的光波长比黄色火焰的小, 所以蓝色火焰的色温高。

2.何谓标准照明体与标准光源? 初级和次级标准光源?答：标准照明体指特定的光谱功率分布。

半导体光电子学第五章第九章-PPT

大家好 15
J th
4.5 103
i
d
20
i
d
[
(1
)
out
1 ln L
1 R
fc ]
GaAlAs/GaAs特征温度120-180℃ InGaAsP/InP T0=65K
大家好 16
四、阈值特性关系小结
1、低维量子材料 2、增益介质 3、侧向折射率波导
大家好 17
作业: 教材181页第1、2题
大家好 13
Ith e(WdL)Nth / s
大家好 14
三、温度对阈值电流的影响
J th
(T
)
J
th
(Tr
)
T exp(
Tr T0
)
T0为一个表征半导体激光器温度稳定性的重要
参数称为特征温度，T0
与材料和结构相关，由式看出T0越高LD的温度稳定性越高，T0趋于无穷则Jth不随温度而变化
1、名词解释：
功率效率、內量子效率、外量子效率、外微分量子效率
2、写出外微分量子效率的表达式，并指出哪些具体措施能提高半导体激光器的微分量子效率。
大家好 27
5.3 半导体激光器的远场特性
大家好 28
LD输出光场分近场与远场。近场分布是指光强在解
理面上或解理面一个光波长范围内的分布（与横模，
侧模有关）。远场是指距输出这常常与光束的发散
12分钟→数十万小时
对LD可靠性研究包括其长期工作后性能退化和突然失效的机理和提高可靠性的方法、途径，以提高工作寿命。 LD的可靠性与工作方式（连续或脉冲），有源区的材料，有源区与限制层材料的晶格匹配、热沉，腔面情况等多种因素有关，高可靠性的激光器是上述诸因素的综合效果。

半导体物理作业与答案模板

3．试用掺杂半导体的能带图解释说明右图中 N 型硅中载流子浓度随温度的变化过程。

并在图上标出低温弱电离区，中间电离区，强电离区，过渡区，高温本征激发区。

第四章：半导体的导电性1．半导体中有哪几种主要的散射机构，它们跟温度的变化关系如何？并从散射的观点解释下图中硅电阻率随温度的变化曲线。

（1）电离杂质的散射温度越高载流子热运动的平均速度越大，可以较快的掠过杂质离子不易被散射P 正比NiT （-3/2）（2）晶格振动的散射随温度升高散射概率增大（3）其他散射机构 1.中性杂质散射在温度很低时，未电离的杂志的书目比电离杂质的数目大的多，这种中性杂质也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射，当温度很低时，晶格振动散射和电离杂志散射都很微弱的情况下，才引起主要的散射作用2.位错散射位错线上的不饱和键具有中心作用，俘获电子形成负电中心，其周围将有电离施主杂质的积累从而形成一个局部电场，称为载流子散射的附加电场3.等同能谷间散射对于Ge 、Si 、导带结构是多能谷的。

导带能量极小值有几个不同的波矢值。

对于多能谷半导体，电子的散射将不只局限于一个能谷内，可以从一个能谷散射到另一个，称为谷间散射AB 段温度很低本征激发可忽略，载流子主要有杂志电离提供，随温度升高增加散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降BC 段温度继续升高，杂质已经全部电离，本征激发还不显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而下增大 C 段温度继续升高，本征激发很快增加，大量的本征载流子产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度升高极具的下降，表现出同本征半导体相似的特征第六章：pn 结1证明：平衡状态下(即零偏)的pn 结 E F =常数u得则考虑到则因为dx x qV d dx dE dx dE dx dE q nq J dxdE dx dE q T k dx n d T k E E n n e n n dx n d q T k nq J qT k D dx dn qD nq J i i F n n i F i F i T k E E i n n n n nn n i F )]([)(1)()(ln ln ln )(ln ,00)/()(000-=∴⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=-=⇒-+==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==+=-E E E μμμμ dxdE p J dx dE n J F p p F n n μμ==,平衡时Jn ，Jp ＝0，所以EF 为常数2.推导计算pn 结接触电势差的表达式。

半导体光电子学

1.半导体中与光有关的3种量子现象 : 自发发射(半导体发光二极管LED的工作原理),受激吸收(光电导,光探测器的工作原理),受激发射(半导体激光器LD,半导体光放大器SOA的工作原理). 填空2.半导体在光电子学中独有的特点: ①半导体能带中存在高的电子态密度,因而在半导体中有可能具有很高的量子跃迁速率②在半导体同一能带内,处在不同激励状态的电子态之间存在相当大的互作用(或大的公有化运动),这种互作用碰撞过程的时间常数与辐射过程的时间常数相比是很短的,因而能维持每个激励态之间的准平衡.③半导体中的电子态可以通过扩散或传导在材料中传播,可以将载流子直接注入发光二极管或激光器的有源区中,因而有很高的能量转换效率.④在两能级的激光系统中,每一处于激发态的电子有它唯一返回的基态(即某一特定的原子态) 理解3.爱因斯坦关系说明什么问题: 爱因斯坦关系B12=B21;A21=8πn3ℎv3c3B21爱因斯坦关系表示了热平衡条件下自发发射,受激发射与受激吸收三种跃迁几率之间的关系4.粒子数反转条件(伯纳德-杜拉福格条件)f c>f v(导带电子占据几率大于价带电子占据几率); F c−F v>ℎv (准费米能级之差大于作用在该系统的光子能量);ΔF≥E g (准费米能级之差大于等于禁带宽度)5.异质结能带图:Pn能带图6. 弗伽定律:7. 异质结对载流子和光子的限制:NpP 结构异质结中①由N 型限制层注入p 型有源层的电子将受到pP 同型异质结的势垒的限制,阻挡它们向P 型限制层内扩散.②pN 型异质结的空穴势垒限制着有源层中的多数载流子空穴向N 型限制层的运动. ③由于能产生光波导效应，从而限制有源区中的光子从该区向宽带隙限制层逸出而损失掉。

n 1 < n 2 > n 38. 激光器的构成:①激光工作介质②激励源③光学谐振腔9. 光子和费米子的差别:光子属于玻色子,服从玻色爱因斯坦分布.电子属于费米子服10.K选择定则的定义:不管是竖直跃迁还是非竖直跃迁,也不论是吸收光子还是发射光子,量子系统总的动量和能量必须守恒,这就是跃迁的k选择定则11.同质结和异质结或同型异质结和异型异质结空间电荷区的差别:①同质结:当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。

半导体光电子学导论作业1

半导体光电子学导论第一章半导体中光子-电子的相互作用6.推导伯纳德-杜拉福格条件，并说明其物理意义。

对于电子从价带向导带的受激吸收，其跃迁速率为)()()1(1212hv P hv f f B r red v v ρ-= （1）而电子从导带向价带的受激发射的跃迁速率为)()()1(2121hv P hv f f B r red c c ρ-= （2）当被光子激励的半导体能带系统处在平衡态下并忽略导带电子自发辐射复合的影响时，受激发射与受激吸收速率是相等的，即有2112r r =。

但在有电子注入等非平衡条件下，就有可能使2112r r <，并令净r 为受激发射与受激吸收的速率之差，即2112r r r -=净（3）将式（1）和式（2）代入式（3）可得)())((21hv P f f hv B r v c red -=ρ净（4）其中已考虑了爱因斯坦关系2112B B =，因为在净的受激发射下，必定有0>净r ，即式（4）必须满足V c f f > （5） c f 和v f 分别代表导带和价带中某一能量c E 和v E 为电子所占据的几率： 1)]exp(1[--+=Tk F E f B c c c （6） 1)]exp(1[--+=Tk F E f B v v v （7）其中c F 和v F 为准费米能级，用来描述导带与价带载流子的分布。

将式（6）和式（7）代入式（5），并考虑到hv E E c v -=（hv 为光子能量），则有 )exp()exp(Tk F E T k F hv E B c c B v v ->-- （8）或者更简单的表述为hv F F v c >- （9）对于带间跃迁的受激发射，需满足g E hv ≥，故式（9）还可以写为g E F ≥∆ （10）式（7）及其演变式（8）和（9）即伯纳德-杜拉福格条件。

它是半导体中产生受激发射的必要条件，也可称为半导体激光器的粒子数反转条件，是半导体激光器得以成功的理论基础。

半导体光电子学复习

简答题
简要阐述半导体中电子扩散与漂移的区别. 扩散运动是由载流子的浓度差引起的，浓度高处的载流子总是要向浓度低处扩散运动。漂移：假设给半导体一个电场，此场产生力作用在自由电子及空穴而产生漂移。电子和空穴在电场E的作用下，要发生漂移运动。电子逆场强方向运动，空穴则顺场强方向而运动。扩散(diffusion)：由浓度改变(浓度梯度)所引起漂移(Drift)：由电场引起
• 半导体：邻近原子形成的键结合强度适中，热振动会使一些键破裂，产生电子和空穴。能带图上表现为禁带宽度较小，价带内的能级被填满，一部分电子能够从价带跃迁到导带，在价带中留下空穴。外加电场，导带电子和价带空穴都将获得能量，参与导电。Eg≤1eV • 金属(导体)：导带或者被部分填充，或者与价带重叠。很容易产生电流。
直接带隙与间接带隙
简答题
结合下图阐述太阳能电池(光伏元件)的基本工作原理。
n型半导体很薄（p型通常是n型的100倍以上）掺杂比较高鱼骨状电极，增透膜掺杂浓度高，相应的空间电荷区（耗尽层）的宽度小波长0.5~0.7μm 中波长耗尽区；波长0.4μm附近1μm范围吸掉； 0.9~1.1μm长波长的光 ▲在耗尽区产生的电子空穴对，在内建电场的作用下进行分离；而在n区和p区要依据扩散作用。 ▲长波长光子在p区被吸收，Le少数载流子穿透深度 ▲短波长光子在n区被吸收，Lh少数载流子
I ph0
是一次的没有经过倍增的光电流，这个电流是在没有倍增之下测量的，比如在小的反向偏压下测量。
名词解释
视敏函数
在等能量分布的光谱中，虽然各种波长的光辐射功率相同，但是人眼感到最暗的是红色，其次是蓝色与紫色，而最亮的则是黄绿色。由此可见，人眼对不同波长的光具有不同的视觉敏感程度。显然，人眼的视敏度是波长的函数，我们通常将这一关系称为视敏函数。

半导体相关试题及答案解析

半导体相关试题及答案解析一、单项选择题1. 半导体材料中，导电性能介于导体和绝缘体之间的是（）。

A. 导体B. 绝缘体C. 半导体D. 超导体答案：C解析：半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，这是半导体材料的基本特性。

2. 下列哪种材料不是常用的半导体材料？（）。

A. 硅B. 锗C. 铜D. 砷化镓答案：C解析：硅、锗和砷化镓都是常用的半导体材料，而铜是一种金属，属于导体。

3. PN结形成后，其内部电场的方向是（）。

A. P区指向N区B. N区指向P区C. 无电场D. 从N区指向P区答案：B解析：PN结形成后，由于P区和N区的电荷不平衡，会在界面处形成一个内建电场，方向是从N区指向P区。

4. 下列哪种掺杂方式会增加半导体的导电性？（）。

A. N型掺杂B. P型掺杂C. 未掺杂D. 以上都不是答案：A解析：N型掺杂是向半导体中掺入五价元素，增加自由电子，从而增加半导体的导电性。

5. 半导体的能带结构中，价带和导带之间的能量差称为（）。

A. 能隙B. 能级C. 能带D. 能级差答案：A解析：半导体的能带结构中，价带和导带之间的能量差称为能隙，是半导体材料的基本特性之一。

二、多项选择题6. 下列哪些因素会影响半导体的导电性？（）A. 温度B. 掺杂C. 光照D. 压力答案：ABCD解析：温度、掺杂、光照和压力都会影响半导体的导电性。

温度升高会增加载流子的浓度，掺杂可以改变载流子的类型和浓度，光照可以产生光生载流子，压力可以改变半导体的能带结构。

7. 下列哪些是半导体器件的基本特性？（）A. 整流作用B. 放大作用C. 光电效应D. 热电效应答案：ABCD解析：半导体器件具有整流作用、放大作用、光电效应和热电效应等基本特性。

三、填空题8. 半导体材料的导电性能可以通过______来改变。

答案：掺杂解析：半导体材料的导电性能可以通过掺杂来改变，掺杂可以增加或减少半导体中的载流子浓度。

9. PN结在外加正向电压时，其内部电场会______。

半导体课后作业

第四章当E-EF 分别为kT 、4kT 、7kT ，用费米分布和玻尔兹曼分布分别计算分布概率，并对结果进行讨论。

解：电子的费米分布()011F F D E E k Tf E e--=+，玻尔兹曼近似为()0F E E k TM B f E e---=（1）E-EF=kT 时()10.268941F D f E e -==+ ，()1=0.36788M B f E e --= （2）E-EF=4kT 时()410.018321F D f E e -=≈+ ，()40.01799M B f E e --=≈ （3）E-EF=7kT 时 ()710.000911F D f E e -=≈+ ，()70.00091M B f E e --=≈当0FE E k Te-远大于1时，就可以用较为简单的玻尔兹曼分布近似代替费米狄拉克分布来计算电子或空穴对能态的占据概率，从本题看出E-EF=4kT 时，两者差别已经很小。

设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近的能量Ec(k)和价带极大值附近的能量En(k)分别为()()m k k m k k E c 212223-+= ，()m k m k k E v 2221236 -=式中m 为电子惯性质量，14.3,/1==a a k πÅ,试求出：（1）禁带宽度（2）导带底电子的有效质量；（3）价带顶电子的有效质量；（4）导带底的电子跃迁到价带顶时准动量的改变量。

解：（1）令 0)(=∂∂k k E c 即 ()023201202=-+m k k h m k h得到导带底相应的143k k =令 0)(=∂∂k k E v 即 0602=m k h得到价带顶相应的 0=k故禁带宽度()0212210221021641433043m k h k m h k m h k E k k E E v c g -⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛==-⎪⎭⎫ ⎝⎛==将k1=a/2代入，得到22481m a h E g =（2）导带底电子有效质量2C 22nm 83dk E d /h m ==* （3）价带顶空穴有效质量02V 22pm 61dk E d /h m -==*（4）动量变化为a h k p 830431=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆一块补偿硅材料，已知掺入受主杂质浓度NA=1⨯1015cm-3, 室温下测得其费米能级位置恰好与施主能级重合，并测得热平衡时电子浓度n0=5⨯1015cm-3 。

半导体物理作业整理

半导体物理作业整理第一章1.设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量c (k)E 和价带极大值附近能量v (k)E 分别为22221c 00（k-k ）(k)+3k E m m =，22221003k (k)6v k E m m =-式中，0m 为电子惯性质量，1k =πa ，a=0.314nm 。

试求①禁带宽度②导带底电子有效质量③价带顶电子有效质量④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化解： ①求禁带宽度就是求导带底和价带顶之间的△E2100(k)2(k k )23C dE k dk m m -=+ 2220(k)803C d E m dk=> 当(k)0C dE dk=时，k=3/41k ,314(k )C E 为导带底所对应的能量值。

20(k)6v dE k dk m =- ,2220(k)60V d E m dk=-< 当(k)v dE dk=0时，k=0,(0)v E 为价带顶所对应的能量值。

所以222211314200==(k )-(0)=0.6361248g C v k h k E E E E ev m m π∆==（2hπ=，343106.62510,m 9.10810h J s kg --=⨯=⨯） ②导带底电子的有效质量：1223103243m 3.4155108c k k Cm dk kg d E *-====⨯③价带底电子的有效质量：223102m 1.518106v k Vm dk kg d E *-===-=-⨯④根据p k =，价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化为：25113307.91210s 44c v k p p p k N -∆=-=-==⨯2.晶格常数a=0.25nm 的一维晶格，外加210V/m,710V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需要的时间。

解:在电子受到外加电场的影响时: dkf qE dt == ∴dtdk qE=a 0dk q 2th tdt qE Ea qEaππ====⎰⎰(根据书P8页图1-10可知从能带底到能带顶△k=π/a)当210/E V m =时，8t 8.2810s -=⨯ 当710/E V m =时，13t 8.2810s -=⨯第二章2.以As掺入Ge中为例，说明什么是施主杂质，施主杂质电离过程和n型半导体。

《光电子学教程》课后作业答案-部分

解:
12.计算维持0.1m长、小信号增益系数为1m的激光器的激光振荡所要求的镜面反射率（设两镜面反射率相同，且腔内损耗αi为 0）
解:
13. 说明激光器的输出功率与腔内光强的关系、最佳透过率的物理意义。解：在截面积与总透过率一定的情况下，激光器的输出功率与腔内光强成正比，表达式为最佳透过率是在考虑透过率t增大后使得腔内损耗增加的情况下，使得输出功率达到最大的一个最佳值
2。一光束入射到长为10CM，增益系数为0.5CM的工作物质中，求出射光强对入射光强的比值。
答：利用增益系数的公式
3。已知某能级的自然宽度为30MHz，求粒子在该能级的自然寿命。当压强增加使原子间的碰撞时间缩短到 s时，粒子在该能级上的寿命是多少？
答：(1)
=
(2)碰撞引起的频率加宽为
1．解：T=1500K,λ=0.5μm,折射率η为1，得：要使受激辐射超过自发辐射，则要使＜1 ，则有＞1 ，即
则：
＞
=
又：
3．解：光视效能：
，光视效率：
Km=683Lm/w，则
2.解：
３．解：由，z＝１km
可知：１）α＝１０dＢ时：＝１０，所以损耗百分比为：（１－）×１００﹪＝９０﹪；２）α＝２dＢ时：＝１.５８，所以损耗百分比为：（１－）×１００﹪＝３６.９﹪；３）．α＝１dＢ时：＝１.２６，所以损耗百分比为：（１－）×１００﹪＝２１﹪；
根据P42（2-3-2）所以饱和光强的物理意义可表述为：在折射率为η的激光介质里，属于小信号增益的最大光强值与激发总能级的寿命成反比，与光本子的波长的平方也成反比。或者说，寿命越短，频率越高，小信号增益的光强范围越大。
6。实现光放大的必要条件是什么，负温度状态的概念是什么？

半导体光电子学导论作业2

半导体光电子学导论第二章异质结2．若异质结由n （111,,φχg E ）型和p （222,,φχg E ）型半导体构成，并有21g g E E <、21χχ>、21φφ<，试画出n P 能带图。

4. 推导出pN 异质结电容j C 与所加正向偏压的关系，j C 的大小对半导体光电子器件的应用产生什么影响？在空间电荷区内，电中性条件成立，因此可以得到结电容的表达式为2/1221121211])(2[)(DD A D A P A D j V N N N eN x eN dV d C εεεε+== 当在异质结两边加上正向电压（即p 型相当于N 型半导体加上正电压）a V 后，它在结面两边空间电荷区上的压降分别为1V 和2V ，这时势垒高度就由原来的D eV 降低到)]()[()(2211V V V V e V V e D D a D -+-=-。

只要用)(a D V V -代替D V ，用)(11V V D -和)(22V V D -分别代替1D V 和2D V ，上式依然成立，因此便得到结电容j C 与所加正向偏压a V 的关系2/122112121]))((2[a D D A D A j V V N N N eN C -+=εεεε 结电容直接影响器件在高频情况下的使用。

5. 用弗伽定律计算As Al Ga x x -1半导体当4.0=x 时的晶格常数，并求出与GaAs 的晶格失配率。

根据弗伽定律Ac AD BC BD ABCD a y x a x y a y x xya a )1)(1()1()1(--+-+-+=易知在这里1=y ，查表得661.5==AlAs BD a a ，654.5==GaAs AD a a ，代入弗伽公式计算得)A (526.4654.5)4.01(1661.514.0)1(=⨯-⨯+⨯⨯=-++=ADBD ABCD a x y xya a6. 探讨在Si 衬底上生长出GaAs 异质结的可能性。

半导体物理期末作业 LED

《半导体物理》期末课程作业题目：姓名：学号：班级：日期：成绩：光发射二极管（LED）摘要：本文简要叙述了半导体发光二极管的发展历史及工作原理和应用和前景，重点介绍了发光二极管的发光原理，并讲述了发光二极管的历史和应用前景。

无论在显示方面还是在电子通讯以及照明领域，LED的应用正在迅速增长，高亮度的二极管可替代白炽灯等照明器具，具有很大开发潜力。

关键词：半导体，发光二极管，发光原理，照明一、发光二级管（LED）的发展历史发光二极管（英语：Light-Emitting Diode，简称LED是一种能发光的半导体电子元件。

）这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。

而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着白光发光二极管的出现而续渐发展至被用作照明。

LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫点致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。

具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。

白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降。

虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯。

1999年,国际上照明行业和半导体光电子行业发生了极为激动人心的事件,三大照明公司几乎在差不多时间内都与相应的半导体行业中的姣姣者成立合资的发光二极管(lightemittingdiode,LED)照明公司,GE公司与Emcore公司成立Gelcore公司,Philips照明公司与HP公司成立LumiledsLighting公司,Osram公司与西门子光电子部门成立Osram光电子公司,并投入大量人力和财力进行研发工作,目标是使LED成为21世纪的新光源.HP公司的HaitzR等人从节约能源的角度更明确地提出,半导体已在电子学领域完成了第一次革命,而另一次革命就在照明领域.能源是国民经济的命脉,在美国有20%的电能(或者说能源总量的712%)用于照明,假如将发光二极管的发光效率提高到200lm/W(流明/瓦),那么就超过目前所有的电光源效率,如果到2025年有50%的通用光源被取代,那就意味着全球每年能节约电费1000亿美元。

《半导体光电子学》PN结特性的研究实验

《半导体光电子学》PN结特性的研究实验一、实验目的及内容（10分）实验目的：1.学习与熟悉Sentaurous软件2.了解PN结的基本结构3.理解PN结IV特性实验内容：1.安装与学习Sentaurous软件2.基于Tcad软件建立PN结结构模型3.PN结IV特性的仿真曲线4.N区掺杂浓度与厚度对PN结特性的影响5.PN结IV特性曲线二、实验原理（20分）p-n结：把一块p型半导体和一块n型半导体结合在一起，在二者的交界面处就形成了所谓的p-n结。

突变结：在交界面处，杂质浓度由NA（p型）突变为ND（n型），具有这种杂质分布的p-n 结称为突变结。

缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结。

p-n结的形成过程 :当本征半导体的两边分别掺杂不同类型的杂质时，由于浓度差的作用，n区的多数载流子电子和p区的多数载流子空穴分别向p区和n 区扩散。

这样在p区和n区的分界面附近，n区由于电子扩散到p区而留下不能移动的正离子，p区由于空穴扩散到n区而留下不能移动的负离子。

这些不能移动的正负离子在分界面附近形成一个电场E0，称为内置电场。

内置电场的方向是从n区指向p区，阻碍着电子和空穴的扩散，它使n区的少数载流子空穴和p区的少数载流子电子分别向p区和n区作漂移运动，三、实验过程及结果（60分）1、建立project及仿真过程参数设置：建立肖特基结模型：2、仿真条件及对应的仿真结果（1）五组不同N区掺杂浓度下PN结的特性曲线：较高的N区掺杂浓度可以降低开启电压、降低正向电阻、增加导通电流和饱和电流。

而较低的N区掺杂浓度则会有相反的效果。

（2）五组不同N区厚度下PN结的反向特性曲线：当N区厚度减小时，PN结的峰值反向电压会增加，反向电流会增加，反向电容会减小，反向击穿电压会减小。

（3）选取合适的N区掺杂浓度与厚度，给出PN结IV特性曲线pn结的正向导通伏安特性曲线与反向截止伏安特性曲线分别包含了各曲线类型的特点。

半导体光电子学作业三答案

Assignment 31. A sampled DBR laser has a grating period 0.24m μΛ=. The sampling periods of the front and back DBR are 165s m μΛ= and 270s m μΛ=. The effective refractive index and the effective group index are 3.229 and3.8, respectively. (a) Calculate the wavelength of the central reflectivity peak; (b) Calculate the wavelength intervals of the reflectivity peaks for both the front and back DBR; and (c) What is the required refractive index change in the back DBR in order for the laser wavelength to jump from one reflectivity peak of the front DBR to an adjacent peak? Solution: (a) 22 3.2290.24 1.55eff n m λμ=Λ=⨯⨯= (b) 2211 1.554.86()22 3.865s g s nm n λλ∆===Λ⨯⨯ 2222 1.55 4.52()22 3.870s g s nm n λλ∆===Λ⨯⨯ (c) The required wavelength change12 4.86 4.520.34()s s nm λ∆=∆Λ-∆Λ=-=n n λλ∆∆=, 340.3410 3.2297.08101.55n n λλ--∆⨯∆==⨯=⨯ 2. A silicon photodiode has quantum efficiency 0.7η=.(a) What is the responsivity for optical excitation at 0.87m λμ=?(b) What is the photocurrent when the incident optical power is 1.5μW? Solution: (a) ()0.70.870.49(/)1.24 1.24m A W ηλμρ⨯===(b) 0.49 1.50.74()I P A ρμ==⨯=3. The refractive index of the semiconductor is n=3.5. The absorption coefficient is 3110cm α-=. The width of the depletion region and the p region are 10d p w w m μ==. Find the quantum efficiency.Solution: (1)(1)p p d d W W R ee ααη--=--221 3.510.311 3.51n R n --⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭ Both of the following two results are considered correct.(1) Assume a simple pn homojunction with 3110p d cm αα-== ,5656101010101010(10.31)(1)0.16e e η---⨯⨯-⨯⨯=-⨯-=(2) Assume a pin heterojunction with 310,10p d cm αα-==56101010(10.31)(1)0.43e η--⨯⨯=-⨯-=4. A silicon p-n junction diode has 22310d N m -=, and 21310a N m -=. For6max510/V m =⨯E , calculate the width of the depletion region and the applied voltage. Assume the relative permitivity 11.8r ε=, and the intrinsic concentration 1631.510i n m -=⨯.Solution: 1267max 192211.88.8510510 3.2710()1.61010n d w m qN ε---⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯E 1266max 192111.88.8510510 3.2710()1.61010p d w m qN ε---⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯E 3.270.33 3.6()n p w w w m μ=+=+=1202()11()a p n a d V V w w w q N N ε⎡⎤-=+=+⎢⎥⎣⎦2196201221221.610(3.610)9()11211.88.8510(1010)2()a a dqw V V V N N ε-----⨯⨯⨯-===⨯⨯⨯⨯++ 23222102191621.38103001010ln ln 0.641.610(1.510)a d i N N kT V q n --⎛⎫⨯⨯⨯==⨯= ⎪⨯⨯⎝⎭0.6498.36()a V V =-=-5、下图所示的三节段DBR 激光器由InGaAsP/InP 材料构成，工作在1.55m μ附近。

半导体光电子学第二章第四章

x1 φ1
EC1
ΔEC
Eg1
F1
EV1
ΔEV
p
x2 φ2
真空能级
EC2 F2
Eg2
EV2
N
EC1
F1 EV1
δ1
x1 φ1
p
VDP Eg1
ΔEC
VDP ΔEV
N VD 真空能级
x2 φ2 VDN
EC2
δ2
F2
Eg2 VDN
EV2
-Xp 0 XN
δ1=Ev1-F1，δ2=Ec2-F2 ΔEc=χ1-χ2=Δχ（2.1-1） ΔEv=Ev2-Ev1 =（Eg2+χ2）-（Eg1+χ1）=ΔEg-Δχ =ΔEg-ΔEc
界面复合速度：
s nvthNISdE
S 8vthn (a)
a02 a0
a1 a2 2
a0
aa1a2
a
晶格失配率
( )100% a0
双异质结激光器中若两个异质结之间的距离为d，当体内复合与界面态复合并存时，则注入载流子的有效复合寿命可表示为
1 1 2s 1
eff r d nr
内量子效率
一般认为，构成异质结的两种不同半导体之间严格的晶格常数匹配是获取性能良好的异质结的重要条件，否则在异质结表面就会产生所谓的悬挂键。
悬挂键：
晶格在表面
的最外层的每个硅原子
Si Si Si Si Si
将有一个未配对的电子
Si Si Si Si Si
即有一个未
饱和键，如图，这个键
Si Si Si Si Si
ND2 NA1
V DV D pV DN V D(p 12 1N N D A 1 2)

《半导体光电子学课件》2.2手推版

新型封装材料。
可靠性测试
通过加强可靠性测试和寿命评估，确保光电子器件在实际应用中的
稳定性和可靠性。
降低光电子器件的成本与能耗
01
02
03
成本控制
通过优化制造工艺和降低材料成本，实现光电子器件的低成本化生产。
能耗降低
通过优化电路设计和采用低功耗技术，降低光电子器件的能耗，提高能源利用效率。
详细描述
PD由一个光敏表面和一个电极组成，当光照射到光敏表面时，光子与表面原子相互作用产生电子-空穴对，形成光生电流。PD在探测、测量、通信等领域有广泛应用。
其他光电子器件
总结词
除了LED、LD和PD外，还有许多其他类型的光电子器件，如光电晶体管、光电倍增管等。
详细描述
这些器件在功能和应用上有所不同，但基本原理相似，都是利用光与半导体的相互作用实现光能与电能的转换。
信息通信
光电子器件在光纤通信、网络设备和数据中心等领域具有广泛应用，如光调制器、光放大器、光
探测器等。
能源与环境
光电子器件在太阳能光伏发电、激光雷达和环境监测等领域也有重要应用，如太阳能电池、激光器等。
医疗与生物技术
光电子器件在医疗诊断和治疗、生物检测和成像等领域具有广泛的应用前景，如光学显微镜、光谱仪等。
感谢观看
半导体的能带结构
总结词
半导体的能带结构由价带、导带和禁带组成，其能带结构决定了半导体的导电特性和光学特性。
详细描述
价带是半导体内电子占据的能量范围，导带是电子未被占据的能量范围，禁带宽度则是指价带顶到导带底的能量间隔。半导体的导电能力取决于禁带宽度的大小，禁带宽度越大，电子跃迁到导带所需的能量越高，电阻率越大。同时，半导体的光学特性也与其能

矿产

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。