22.4.6 Solar-Cell Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632
22.4.7 Economic Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
23 Electricity-to-Light Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.1 Radiometric and Photometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.1.1 Radiometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.1.2 Photometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.2 Scintillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
23.2.1 CIE Chromaticity Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
23.2.2 Display Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
23.2.3 Radiation Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
23.2.4 Luminescence Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
23.3 Light-Emitting Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.3.2 Spectral Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.3.3 Efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
23.3.4 Device Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
23.3.5 White LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
23.3.6 Quantum Dot LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
23.3.7 Organic LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
23.4 Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
23.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
23.4.2 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
23.4.3 Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
23.4.4 Optical Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
23.4.5 Loss Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669
23.4.6 Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
23.4.7 Spontaneous Emission Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671
23.4.8 Output Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672
23.4.9 Temperature Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675
23.4.10 Mode Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
23.4.11 Longitudinal Single-Mode Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
23.4.12 Tunability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678
23.4.13 Dynamics and Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679
23.4.14 Surface-Emitting Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684
23.4.15 Optically Pumped Semiconductor Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686
23.4.16 Quantum Cascade Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
23.4.17 Hot-Hole Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
23.5 Semiconductor Optical Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
24 Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
24.2 Bipolar Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
24.2.1 Carrier Density and Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
24.2.2 Current Amplification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695
24.2.3 Ebers-Moll Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697
24.2.4 Current–Voltage Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
24.2.5 Basic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701
24.2.6 High-Frequency Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
24.2.7 Heterojunction Bipolar Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
24.2.8 Light-Emitting Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
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22.4.7 Economic Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
23 Electricity-to-Light Conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.1 Radiometric and Photometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.1.1 Radiometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.1.2 Photometric Quantities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639
23.2 Scintillators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
23.2.1 CIE Chromaticity Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641
23.2.2 Display Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
23.2.3 Radiation Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
23.2.4 Luminescence Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
23.3 Light-Emitting Diodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.3.2 Spectral Ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
23.3.3 Efficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647
23.3.4 Device Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
23.3.5 White LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
23.3.6 Quantum Dot LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656
23.3.7 Organic LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657
23.4 Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
23.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
23.4.2 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660
23.4.3 Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661
23.4.4 Optical Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664
23.4.5 Loss Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669
23.4.6 Threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 670
23.4.7 Spontaneous Emission Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671
23.4.8 Output Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 672
23.4.9 Temperature Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 675
23.4.10 Mode Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676
23.4.11 Longitudinal Single-Mode Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677
23.4.12 Tunability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678
23.4.13 Dynamics and Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 679
23.4.14 Surface-Emitting Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684
23.4.15 Optically Pumped Semiconductor Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686
23.4.16 Quantum Cascade Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
23.4.17 Hot-Hole Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 688
23.5 Semiconductor Optical Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 689
24 Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
24.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
24.2 Bipolar Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691
24.2.1 Carrier Density and Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 693
24.2.2 Current Amplification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695
24.2.3 Ebers-Moll Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697
24.2.4 Current–Voltage Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699
24.2.5 Basic Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701
24.2.6 High-Frequency Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
24.2.7 Heterojunction Bipolar Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702
24.2.8 Light-Emitting Transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
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