Схем. Характеристики интегрально-оптических

Лекция 2

Полупроводниковые источники излучения. Рекомбинационное излучение и поглощение. Энергетические уровни. Квантовый выход. Спонтанная и лазерная люминесценция в полупроводниковых структурах. Когерентность, монохроматичность, поляризация излучения.

Основные принципы излучения света в полупроводниках

При рассмотрении взаимодействия света с электронами полупроводников удобной для использования моделью является модель микроскопического момента (в противоположность макроскопической) в кристалле, в которой электроны рассматриваются как имеющие в кристалле моменты, устанавливаемые соотношением

p  ^hk , (1)
2
где k - волновой вектор электронного состояния (постоянная Планка h = 6,624*10^-27 эрг*с). Вектор р не является классическим механическим моментом свободного электрона mv, где т — масса, a v

• 
  скорость. Кристаллический момент р включает в себя воздействие на электроны атомов кристаллической решетки и связан с энергией и скоростью электрона довольно сложным образом. В уравнениях движения электрона в кристалле величина р играет роль момента, а эффективная масса m* — роль массы по аналогии с классическими уравнениями движения свободного электрона в вакууме. Кристаллический момент и эффективную массу можно определить для дырок в валентной зоне так же, как это делается для электронов в зоне проводимости. Однако в общем случае величины р и m* для электронов будут отличными от аналогичных величин для ды- рок в данном материале.
  

Взаимодействие электронов с дырками в полупроводнике может приводить к фотонам света. Эти дискретные кванты или относительно локализованные единицы оптической энергии со- храняют свою тождественность в качестве таковых во всех процессах эмиссии, передачи, отражения, дифракции, поглощения и т. д. Фотон описывается в микроскопической модели путем установления его массы и момента следующим образом. Первоначально рассмотрим фотон света в вакууме. Энергия Е фотона дается уравнением:


E  h , (2)

где ν - частота излучения (с^-1). Если выражение (2) скомбинировать с известным соотношением:

c  ₀ , (3)

где с - скорость света в вакууме, λ₀ - длина волны света в вакууме, то энергию фотона можно выразить как:

E  ^hc , (4)