载流子浓度超过有效态密度

载流子浓度超过有效态密度时，半导体材料会出现简并现象。简并半导体中，费米能级进入导带或价带，导致电子或 hole 的量子力学效应变得显著。实际应用中，重掺杂硅的载流子浓度可达10^19 cm^-3，远超硅的有效态密度约10^19 cm^-3。这种情况下，材料电阻率大幅降低，电子迁移率受到明显影响，器件特性发生根本改变。简并半导体在制造高速晶体管、激光器和太阳能电池中发挥关键作用。

载流子浓度超过有效态密度后，材料的光电性质发生显著变化。吸收边向高能方向移动，出现带尾态，导致光学带隙变窄。实验数据显示，InAs的载流子浓度达到10^18 cm^-3时，其光致发光峰位移动超过50 meV。这种简并效应使得材料在红外探测器和热电器件中具有独特优势。量子尺寸效应增强，载流子之间的库仑相互作用变得不可忽视，形成等离子体激元，为新型光电器件设计提供了物理基础。