- •1) Электронная конфигурация внешних оболочек атомов и типы сил связи в твердых телах.
- •2) Структуры важнейших полупроводников - элементов aiv, avi и соединений типов аiiiвv, аiiвvi , аivвvi.
- •3) Симметрия кристаллов.
- •4)Трансляционная симметрия кристаллов.
- •5) Базис и кристаллическая структура.
- •6) Элементарная ячейка.
- •7) Примитивная ячейка.
- •8) Ячейка Вигнера—Зейтца. Решетка Браве.
- •Решетки Бравэ
- •9) Обозначения узлов, направлений и плоскостей в кристалле.
- •10) Обратная решетка, ее свойства.
- •11) Зона Бриллюэна.
- •Характерные точки зоны Бриллюэна
- •Интересные особенности
- •12) Примеси и структурные дефекты в кристаллических и аморфных полупроводниках.
- •13) Химическая природа и электронные свойства примесей.
- •14) Точечные, линейные и двумерные дефекты.
- •Источники и стоки точечных дефектов
- •Комплексы точечных дефектов
- •Одномерные дефекты
- •Двумерные дефекты
- •Трёхмерные дефекты
- •15) Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой фазы
- •16) Методы выращивания эпитаксиальных пленок (эпитаксия из жидкой и газовой фазы).
- •17) Молекулярно-лучевая эпитаксия.
- •18) Металлоорганическая эпитаксия
- •19) Методы легирования полупроводников
- •21) Основные приближения зонной теории.
- •22) Волновая функция электрона в периодическом поле кристалла.
- •23) Зона Бриллюэна.
- •24) Энергетические зоны.
- •25) Эффективная масса.
- •Эффективная масса для некоторых полупроводников
- •26) Плотность состояний.
- •Определение
- •27) Уравнения движения электронов и дырок во внешних полях.
- •28) Искривление энергетических зон в электрическом поле.
- •29) Связь зонной структуры с оптическими свойствами полупроводника.
- •30) Уровни энергии, создаваемые примесными центрами в полупроводниках.
- •31) Доноры и акцепторы.
- •32) Мелкие и глубокие уровни.
- •33) Водородоподобные примесные центры.
- •34) Функция распределения электронов.
- •35) Концентрация электронов и дырок в зонах, эффективная плотность состояний.
- •36) Невырожденный и вырожденный электронный (дырочный) газ.
- •37) Концентрации электронов и дырок на локальных уровнях.
- •38) Положение уровня Ферми и равновесная концентрация электронов и дырок в собственных и примесных (некомпенсированных и компенсированных) полупроводниках.
- •39) Многозарядные примесные центры.
- •40) Проводимость, постоянная Холла и термо-эдс. По характеру проводимости. Собственная проводимость
- •Примесная проводимость
- •Полупроводник p-типа
- •41) Дрейфовая скорость, дрейфовая и холловская подвижности, фактор Холла.
- •42) Дрейфовый и диффузионный ток.
- •43) Соотношение Эйнштейна.
- •44) Механизмы рассеяния носителей заряда в неидеальной решетке.
- •45) Взаимодействие носителей заряда с акустическими и оптическими фононами.
- •46) Рассеяние носителей заряда на заряженных и нейтральных примесях.
- •47) Генерация и рекомбинация неравновесных носителей заряда.
- •48)Уравнение кинетики рекомбинации.
- •49) Времена жизни.
- •50) Фотопроводимость.
- •51) Механизмы рекомбинации.
- •52) Излучательная и безызлучательная рекомбинация.
- •53) Межзонная рекомбинация.
- •54) Рекомбинация через уровни примесей и дефектов.
- •55) Центры прилипания.
- •57) Схема энергетических зон в контакте металл-полупроводник.
- •58) Обогащенные, обедненные и инверсионные слои пространственного заряда вблизи контакта.
- •59) Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки.
- •60) Энергетическая диаграмма р-п перехода.
- •61) Инжекция неосновных носителей заряда в р-п переходе.
- •62) Гетеропереходы.
- •63) Энергетические диаграммы гетеропереходов.
- •64) Поверхностные состояния и поверхностные зоны.
- •Природа поверхностных состояний
- •Состояния Тамма
- •Состояния Шокли
- •Поверхностные состояния, обусловленные дефектами кристаллической решётки на поверхности
- •Пс примесного типа
- •Пс в слоистых структурах
- •Энергетический спектр пс
- •Зоны пс
- •Двумерные зоны
- •Одномерные зоны
- •Типы пс по времени релаксации
- •65) Искривление зон, распределение заряда и потенциала вблизи поверхности.
- •66) Поверхностная рекомбинация.
- •67) Межзонные переходы.
- •68) Край собственного поглощения в случае прямых и непрямых, разрешенных и запрещенных переходов.
- •69) Экситонное поглощение и излучение.
- •70) Спонтанное и вынужденное излучение.
- •Применение
- •Последние открытия
- •71) Поглощение света на свободных носителях заряда.
- •72) Поглощение света на колебаниях решетки.
- •73) Влияние примесей на оптические свойства.
- •77) Эффект Бурштейна-Мосса.
- •74) Примесная структура оптических спектров вблизи края собственного поглощения в прямозонных и непрямозонных полупроводниках.
- •75) Межпримесная излучательная рекомбинация.
- •76) Экситоны, связанные на примесных центрах.
- •78) Примесная и собственная фотопроводимость.
- •79) Влияние прилипания неравновесных носителей заряда на фотопроводимость.
- •4. В общем случае центры прилипания сложным образом изменяют как кинетику, так и стационарную величину фп.
- •80) Оптическая перезарядка локальных уровней и связанные с ней эффекты.
- •81) Термостимулированная проводимость.
- •82) Фотоэлектромагнитный эффект
- •83) Аморфные и стеклообразные полупроводники.
- •84) Структура атомной матрицы некристаллических полупроводников
- •85) Идеальное стекло.
- •86) Гидрированные аморфные полупроводники
- •87) Особенности электронного энергетического спектра неупорядоченных полупроводников
- •88) Плотность состояний
- •89) Локализация электронных состояний
- •90) Щель подвижности
- •91) Легирование некристаллических полупроводников
- •103) Вольтамперная характеристика р-п перехода.
- •104) Приборы с использованием р-п переходов.
- •105) Туннельный диод.
- •106) Диод Ганна.
- •107) Биполярный транзистор.
- •108) Тиристор.
- •109) Энергетическая диаграмма структуры металл-диэлектрик-полупроводник (мдп).
- •110) Полевые транзисторы на мдп-структурах.
- •111) Приборы с зарядовой связью.
- •112)Фотоэлементы и фотодиоды.
- •113) Спектральная чувствительность и обнаружительная способность.
- •114) Полупроводниковые детекторы ядерных излучений.
- •115)Фотоэлектрические преобразователи, кпд преобразования.
- •117) Инжекционные лазеры на основе двойной гетероструктуры.
- •118) Использование наноструктур в полупроводниковых приборах.
- •119) Гетеротранзистор с двумерным электронным газом (немт).
- •120) Гетеролазеры на основе структур с квантовыми ямами и квантовыми точками.
- •121) Резонансное туннелирование в двухбарьерной гетероструктуре и резонансно-туннельный диод.
- •122) Оптический модулятор на основе квантово-размерного эффекта Штарка.
117) Инжекционные лазеры на основе двойной гетероструктуры.
Лазерный диод — полупроводниковый лазер, построенный на базе диода. Его работа основана на возникновении инверсии населѐнностей в области p-n перехода при инжекции носителей заряда.
Принцип действия
Когда на анод обычного диода подаѐтся положительный потенциал, то говорят, что диод смещён в прямом направлении. При этом дырки из p-области инжектируются в n-область p-n перехода, а электроны из n-области инжектируются в p-область полупроводника. Если электрон и дырка оказываются «вблизи» (на расстоянии, когда возможно туннелирование), то они могут рекомбинировать с выделением энергии в виде фотона определѐнной длины волны (в силу сохранения энергии) и фонона (в силу сохранения импульса, потому что фотон уносит импульс). Такой процесс называется спонтанным излучением и является основным источником излучения в светодиодах.
В лазерном диоде полупроводниковый кристалл изготавливают в виде очень тонкой прямоугольной пластинки. Такая пластинка по сути является оптическим волноводом, где излучение ограничено в относительно небольшом пространстве. Верхний слой кристалла легируется для создания n-области, а в нижнем слое создают p-область. В результате получается плоский p-n переход большой площади. Две боковые стороны (торцы) кристалла полируются для образования гладких параллельных плоскостей, которые образуют оптический резонатор, называемый резонатором Фабри-Перо.
Случайный фотон спонтанного излучения, испущенный перпендикулярно этим плоскостям, пройдѐт через весь оптический волновод и несколько раз отразится от торцов, прежде чем выйдет наружу. Проходя вдоль резонатора, он будет вызывать вынужденную рекомбинацию, создавая новые и новые фотоны с теми же параметрами, и излучение будет усиливаться (механизм вынужденного излучения). Как только усиление превысит потери, начнѐтся лазерная генерация.
«Диод с n-p гомоструктурой» крайне неэффективен. Они требуют такой большой входной мощности, что могут работать только в импульсном режиме; в противном случае они расплавляются. Несмотря на простоту конструкции и историческую значимость, на практике они не применяются.
Лазеры на двойной гетероструктуре
В этих устройствах, слой материала с более узкой запрещѐнной зоной располагается между двумя слоями материала с более широкой запрещѐнной зоной. Чаще всего для реализации лазера на основе двойной гетероструктуры используют арсенид галлия (GaAs) и арсенид алюминия-галлия (AlGaAs). Каждое соединение двух таких различных полупроводников называется гетероструктурой, а устройство — «диод с двойной гетероструктурой» (ДГС). В англоязычной литературе используются названия «double heterostructure laser» или «DH laser». Описанная в начале статьи конструкция называется «диод на гомопереходе» как раз для иллюстрации отличий от данного типа, который сегодня используется достаточно широко. Преимущество лазеров с двойной гетероструктурой состоит в том, что область сосуществования электронов и дырок («активная область») заключена в тонком среднем слое. Это означает, что много больше электронно-дырочных пар будут давать вклад в усиление — не так много их останется на периферии в области с низким усилением. Дополнительно, свет будет отражаться от самих гетеропереходов, то есть излучение будет целиком заключено в области максимально эффективного усиления.