半导体物理及器件工艺ch5_光电器件案例.pdf

第一部分 半导体器件 第五章 光电器件 郑 新 和 1 半导体光电器件，主要分为三类  器件作为光源，将电能转换成光能的器件， 如发光二极管和二极管激光器；  探测光信号的器件，如光电探测器；  将光辐射转换成电能的器件，如光生伏特 器件或太阳能电池。 2 第五章 光电器件 5.1 光学吸收 5.2 光电探测器 5.3 太阳能电池 5.4 光致发光和电致发光 5.5 发光二极管 5.6 激光二极管 3 5.1 光学吸收 (1) 电磁波谱和能量  对半导体光电器件，可 见光区和近红外区(光纤 通讯)最为重要。现在正 在拓展其它波段的器件 。  光通信的成功：不只得 益于光纤的发展，还得 益于半导体光源和探测 器的发展。 4 • Terahertz(THz) radiation  1 THz  4.1 meV  Technology for its generation and manipulation is in its infancy.  The generation and modulation of coherent electromagnetic signals in requires the development of new devices and techniques, such as gyrotrons, backward wave oscillators, and resonant-tunneling diodes.  The earths atmosphere is a strong absorber of terahertz radiation in specific water vapor absorption bands, leading to indoor communication systems. 5 (2)光子吸收系数 不同波长的光与半导体吸收之间的关系  hE ，被吸收但产生焦耳热； g  h E ，被吸收，产生一对电子-空穴对； g  h E ，透射，使半导体表现为光学透明状。 g 6 • 光学吸收方程或the Beer–Lambert–Bouguer law 假设半导体的厚度为dx ，x处的光强或照度为I (x) ， v 2 2 量纲为能量/cm s或功率/cm ，通过距离dx后的光 强为I (x+dx)，求解光强与吸收距离的关系方程。