半導體p-n結,異質結和異質結構(編輯修改稿)
2025-05-26 04:03 本頁面
【文章內容簡介】 術、光電子技術的基礎。 半導體異質結 基本概念： 異質結就是一種半導體材料生長在另一種半導體材料上所形成的接觸過渡區(qū)。依照兩種材料的導電類型分同型異質結（ Pp結或 Nn結）和異型異質 (Pn或 pN)結。按照兩種材料晶格常數(shù)的失配程度，異質結可分為兩類，即匹配型異質結和失配型異質結，由于兩種異質材料具有不同的物理化學參數(shù)（如電子親和勢、 能帶結構、介電常數(shù)、晶格常數(shù)等） , 接觸界面處產生各種物理化學屬性的失配，使異質結具有許多不同于同質 PN結的新特性。 異質結的能帶結構 半導體異質結構一般是由兩層以上不同材料所組成，它們各具不同的能帶隙。 研究較多的 是 GaAs 化合物、 SiGe之類的半導體合金 ,目前按異質結中兩種材料導帶和價帶的對準情況可以把異質結分為 Ⅰ 型異質結和 Ⅱ 型異質結兩種，兩種異質結的能帶結構如圖所示。 半導體異質結構的基本特性 半導體異質結構，是將不同材料的半導體薄膜，依先后次序 外延淀 積在同一襯底上。如圖 所述的是利用半導體異質結構所作成的半導體激光器 基本特性： 量子效應： 因中間層的能階較低，電子很容易掉落下來被局限在中間層，而中間層可以只有幾 nm的厚度，因此在如此小的空間內，電子的 特性會受到量子效應的影響而改變。例如：能階量子化、基態(tài)能量增加、能態(tài)密度改變等，其中能態(tài)密度與能階位置，是決定電子特性很重要的因素。 ? 遷移率 (Mobility)變大： 半導體的自由電子主要是由于外加雜質的貢獻，因此在一般的半導體材料中，自由電子會受到雜質的碰撞而減低其行動能力。然 而在異質結構中，可將雜質加在兩邊的夾層中，該雜質所貢獻的電子會掉到中間層，因其有較低的能量（如圖所示），因此在空間上，電子與雜質是分開的，所以電子的行動就不會因雜質的碰撞而受到限制，因此其遷移率就可以大大增加，這是高速組件的基本要素。 發(fā)光 二極管 組件 (light emitting devices, LED)： 因為半導體異質結構能將電子與空穴局限在中間層內，電子與空穴的復合率因而增加，所以發(fā)光的效率較大；同時改變量子井的寬度亦可以控制發(fā)光的頻率，所以現(xiàn)今的半導體發(fā)光組件，大都是由異質結構所組成的。半導體異質結構發(fā)光組件，相較其它發(fā)光組件，具有高效率、省電、耐用等優(yōu)點，因此應用廣泛。 激光 二極管： 半導體 激光 二極管的基本構造，與發(fā)光組件極為類似，只不過 激光 是二極管必須考慮到受激發(fā)光 與共振的條件。使用半導體異質結構，因電子與空穴很容易掉到中間層，因此載子數(shù)目反轉較易達成，這是具有受激發(fā)光的必要條件，而且電子與空穴被局限在中間層內，其結合率較大。此外，兩旁夾層的折射率與中間層不同，因而可以將光局限在中間層，致使光不會流失，而增加激光強度，異質結構很適合制作激光器，有很大的優(yōu)點。 若干半導體雜質摻雜的一些考慮 12 關于 Au/ZnO/Si異質結能帶結構 4 .9 5mWeV14 . 3 5XeV14 . 5SWeV25 .1SWeV24 . 0 5XeV0E2cE2E?2iE1cE1iE1E?Au n Z n O? p S i?F
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