图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统 计理论,在热平衡状态下,能量为E的能级被电子占据的概率 为费米分布 P(e E-E 1+exp( kT 式中,k为波兹曼常数,T为热力学温度。当T→>0时, P(E)◇0,这时导带上几乎没有电子,价带上填满电子。E f称为费米能级,用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。 在费米能级,被电子占据和空穴占据的概率相同
图3.2示出不同半导体的能带和电子分布图。根据量子统 计理论，在热平衡状态下，能量为E的能级被电子占据的概率 为费米分布 1 exp( ) 1 ( ) k T E E p E − f + = 式中，k为波兹曼常数，T为热力学温度。当T→0时， P(E)→0， 这时导带上几乎没有电子，价带上填满电子。E f称为费米能级，用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。 在费米能级，被电子占据和空穴占据的概率相同
内部电场 结空 区 能量 势垒 外加电 电子 空穴 图33PN结的能带和电子分布 (a)P-N结内载流子运动;(b)零偏压时P-N结的能带图; (c)正向偏压下P-N结能带图
图 3.3 PN (a) P - N结内载流子运动；(b)零偏压时P - N结的能带图； (c) 正向偏压下P - N结能带图 hf hf E p c E p f E p v E n c E n f E n v 内部电场 外加电场 电子， 空 穴 (c) 势 垒 能 量 E p c P区 E n c Ef E p v N区 E n v (b) P区 P N 结 空 间 电 荷 区 N区 内部电场 扩散 漂移 (a)
般状态下,本征半导体的电子和空穴是成对出现的, 用E位于禁带中央来表示,见图3.2(a)。在本征半导体中掺 入施主杂质,称为N型半导体。在N型半导体中,E增大, 导带的电子增多,价带的空穴相对减少,见图3.2(b)。在本 征半导体中,掺入受主杂质,称为P型半导体。在P型半导体 中,E减小,导带的电子减少,价带的空穴相对增多,见图 3.3(c) 在P型和N型半导体组成的PN结界面上,由于存在多数 载流子(电子或空穴)的梯度,因而产生扩散运动,形成内部 电场,见图33(a)。内部电场产生与扩散相反方向的漂移运 动,直到P区和N区的Ef相同,两种运动处于平衡状态为止, 结果能带发生倾斜,见图3.3(b)。这时在PN结上施加正向电 压,产生与内部电场相反方向的外加电场,结果能带倾斜减 小,扩散增强
一般状态下，本征半导体的电子和空穴是成对出现的， 用Ef位于禁带中央来表示，见图3.2(a)。在本征半导体中掺 入施主杂质，称为N型半导体。在N型半导体中，Ef增大， 导带的电子增多， 价带的空穴相对减少，见图3.2(b)。在本 征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。在P型半导体 中，Ef减小，导带的电子减少，价带的空穴相对增多，见图 3.3(c) 。 在P型和N型半导体组成的PN结界面上， 由于存在多数 载流子(电子或空穴)的梯度，因而产生扩散运动，形成内部 电场， 见图3.3(a)。内部电场产生与扩散相反方向的漂移运 动，直到P区和N区的Ef相同，两种运动处于平衡状态为止， 结果能带发生倾斜，见图3.3(b)。这时在PN结上施加正向电 压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减 小，扩散增强
电子运动方向与电场方向相反,便使N区的电子向P区运 动,P区的空穴向N区运动,最后在PN结形成一个特殊的增益 区。增益区的导带主要是电子,价带主要是空穴,结果获得粒 子数反转分布,见图3.3(c)。在电子和空穴扩散过程中,导带的 电子可以跃迁到价带和空穴复合,产生自发辐射光 3激光振荡和光学谐振腔 粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件,但还不能产 生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中,对光的频率和方 向进行选择,才能获得连续的光放大和激光振荡输出
电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运 动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益 区。增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒 子数反转分布，见图3.3(c)。在电子和空穴扩散过程中，导带的 电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。 3. 激光振荡和光学谐振腔 粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件，但还不能产 生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方 向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出
基本的光学谐振腔由两个反射率分别为R1和R2的平行反 射镜构成(如图34所示),并被称为法布里-珀罗( Fabry Perot,FP)谐振腔。由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分 布,可以用它产生的自发辐射光作为入射光。入射光经反射镜 反射,沿轴线方向传播的光被放大,沿非轴线方向的光被减弱 反射光经多次反馈,不断得到放大,方向性得到不断改善,结 果增益大幅度得到提高 另一方面,由于谐振腔内激活物质存在吸收,反射镜存 在透射和散射,因此光受到一定损耗。当增益和损耗相当时, 在谐振腔内开始建立稳定的激光振荡,其阈值条件为
基本的光学谐振腔由两个反射率分别为R1和R2的平行反 (如图3.4所示)，并被称为法布里 - 珀罗(Fabry Perot, FP)谐振腔。由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分 布，可以用它产生的自发辐射光作为入射光。入射光经反射镜 反射，沿轴线方向传播的光被放大，沿非轴线方向的光被减弱。 反射光经多次反馈，不断得到放大，方向性得到不断改善，结 果增益大幅度得到提高。 另一方面，由于谐振腔内激活物质存在吸收， 反射镜存 在透射和散射，因此光受到一定损耗。当增益和损耗相当时， 在谐振腔内开始建立稳定的激光振荡， 其阈值条件为