Grundlagen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente:
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| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Teubner
1998
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Symbole 9
1 Grundbegriffe der Strahlungsphysik und Lichttechnik 15
1.1 Strahlungsphysikalische Größen 15
1.2 Lichttechnische Größen 16
1.2.1 Der Auftau des menschlichen Auges 17
1.2.2 Definition lichttechnischer Größen und ihrer Einheiten 19
2 Elektromagnetische Strahlung 24
2.1 Entstehung elektromagnetischer Strahlung 24
2.2 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen 29
2.2.1 Beschreibung ebener Wellen 30
2.2.2 Ausbreitung ebener Wellen in einem absorbierenden Medium 32
2.2.3
Superposition
von ebenen Wellen 34
2.2.4 Natürliche Strahlungsquellen 39
2.3 Der Schwarze Körper 45
2.3.1 Definition des Schwarzen Körpers 45
2.3.2 Berechnung der Energiedichte des Schwarzen Körpers nach Rayleigh-Jeans 48
2.3.3 Berechnung der Energiedichte des Schwarzen Körpers nach Planck 54
2.4 Die Quantentheorie der elektromagnetischen Strahlung 62
3 Das WellenbM des Festkörpers 65
3.1 Schrödinger Gleichung 65
3.1.1 Zeitabhängige Schrödinger Gleichung 65
3.1.2
Normierungsbedingung
68
3.1.3 Zeitfreie Schrödinger Gleichung 69
3.2 Das Elektron im Kristallgitter 70
3.2.1 Der eindimensionale Potentialkasten 72
3.2.2 Das Kronig-Penney-Modell 76
3.2.3 Das reale Energie-Impuls-Diagramm 90
Inhaltsverzeichnis
4 Wechselwirkung zwischen Strahlung und Festkörper 98
4.1 Erhaltungssätze 98
4.2 Absorptionskoeffizient 102
5 Fotowiderstand 114
5.1 Funktionsprinzip 114
5.2 Kenngrößen des Fotowiderstands 119
5.3 Kriterien zur Materialauswahl 120
5.3.1 Diskussion der Anregungshöhe
Δη
/no
121
5.3.2 Diskussion der Summe der Heil-Beweglichkeiten 123
5.4 Mathematische Beschreibung des Foto Widerstands 125
5.4.1 Berechnung des Ladungsträgerprofils 125
5.4.2 Berechnung der spektralen Foto-Leitfahigkeit 135
5.4.3 Berechnung des Gewinns 136
5.5 Technische Realisierung 138
6 Fotodiode, Solarzelle 141
6.1 Fotodiode 144
6.1.1 Wirkungsweise der Fotodiode 144
6.1.2 Geschwindigkeit der Fotodiode 150
6.1.3 Rauschen einer Fotodiode 152
6.1.4 Kenndaten einer Fotodiode 153
6.2 Solarzelle 156
6.2.1 Solarkonstante und terrestrische Bestrahlungsstärke AMX 156
6.2.2 Photovoltaischer Grenzwirkungsgrad
η^
und Materialwahl 157
6.2.3 Generator-Kennlinie der Solarzelle 159
6.2.4 Optimierung der Leistungswandiung durch Anpassung des Last Widerstands 163
7 Lumineszenz-Diode» 166
7.1 Übersicht über den Begriff 166
7.2 Lumineszenz 166
7.3 Rekombinattonsmechanismen bei direkten und indirekten Halbleitern 168
7.4
Ko
valente
Bindung und Dotierung von Verbindungshalbleitern 171
7.5 Die Systeme der ffl-V-Halbleiterverbindungen 173
7.6 Hetero-Übergänge 178
7.7 Strahlende Rekombination beim direkten Halbleitermaterial 183
Inhaltsverzeichnis
7.8 Strahlende Rekombination beim indirekten Halbleitermaterial Paarspektren 183
7.9 Strahlende Rekombination von Exzitonen an isoelektrischen Störstellen 184
7.10 Herstellung von Lumineszenz-Dioden (LED) 189
7.10.1 Herstellung des AraBv-Ausgangsmaterials 189
7.10.2 Epitaxieverfahren 192
7.11 Beispiele industriell-gefertigter Lumineszenz-Dioden 194
8 Laser 198
8.1 Der Rubin-Laser 198
8.2 Besetzungsinversion beim Halbleiter-Laser 202
8.3 Der Halbleiterdioden-Laser 206
8.4 Bauprinzipien von Dioden-Lasern mit Hetero-Übergang 210
8.5 Ausführungsformen von Halbleiter-Injektionslasern 212
9 Optische Nachrichtentechnik 219
Anhang 223
A
1 Herleitung des Wienschen Verschiebungsgesetzes 223
A
2 Berechnung der Stefan-Boltzmann-Konstante 224
A
3 Näherung des W(k)-Diagramms 225
A
4 Optische Konstanten von Silizium 227
A
5 Optische Konstanten von Galliumarsenid 228
A
6 Ausgewählte Daten einiger Halbleiter 232
Literaturverzeichnis 238
Stichwortverzeichnis 240
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