第4章复习思考题参考答案
41简述半导体发光基理
答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。如果占据高能带（导带）Ec的
电子跃迁到低能带（价带）Ev上，就将其间的能量差（禁带能量）EgEcEv以光的形式
放出，如图421所示。这时发出的光，其波长基本上由能带差E所决定。能带差E和发
出光的振荡频率vo之间有Ehv的关系，h是普朗克常数，等于66251034Js。由cv
得出
hc12398（m）EE
（421）
式中，c为光速，E取决于半导体材料的本征值，单位是电子伏特（eV）。
图421半导体发光原理
42简述激光器和光探测器的本质区别
答：发光过程，除自发辐射外，还有受能量等于能级差EEcEvhv的光所激发而发出与之同频率、同相位的光（激光），即受激发射，如图422（b）所示。
图422光的自发辐射、受激发射和吸收
反之，如果把能量大于hv的光照射到占据低能带Ev的电子上，则该电子吸收该能量后被激励而跃迁到较高的能带Ec上。在半导体结上外加电场后，可以在外电路上取出处于高能带Ec上的电子，使光能转变为电流，如图422（c）所示，这就是光接收器件。
f43自发辐射的光有什么特点
答：对于大量处于高能带的电子来说，当返回Ev能级时，它们各自独立地分别发射一个一个的光子。因此，这些光波可以有不同的相位和不同的偏振方向，它们可以向各自方向传播。同时，高能带上的电子可能处于不同的能级，它们自发辐射到低能带的不同能级上，因而使发射光子的能量有一定的差别，这些光波的波长并不完全一样。因此自发辐射的光是一种非相干光，如图422（a）所示。
44受激发射的光有什么特点
答：受激发射生成的光子与原入射光子一模一样，即它们的频率、相位、偏振方向及传播方向都相同，它和入射光子是相干的。
45如何才可能实现光放大？
答：激光器工作在正向偏置下，当注入正向电流时，高能带中的电子密度增加，这些电子自发地由高能带跃迁到低能带发出光子，形成激光器中初始的光场。在这些光场作用下，
受激发射和受激吸收过程同时发生，受激发射和受激吸收发生的概率相同。用Nc和Nv分别
表示高、低能带上的电子密度。当NcNv时，受激吸收过程大于受激发射，增益系数g0，
只能出现普通的荧光，光子被吸收的多，发射的少，光场减弱。若注入电流增加到一定值后，
使NcNv，g0，受激发射占主导地位，光场迅速增强，此时的PN结区成为对光场有放
大作用的区域（称为有源区），从而形成受激发射，如图423所示。
46说出产r