半導(dǎo)體p-n結(jié),異質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)(編輯修改稿)
2025-05-26 04:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 術(shù)、光電子技術(shù)的基礎(chǔ)。 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 基本概念： 異質(zhì)結(jié)就是一種半導(dǎo)體材料生長在另一種半導(dǎo)體材料上所形成的接觸過渡區(qū)。依照兩種材料的導(dǎo)電類型分同型異質(zhì)結(jié)（ Pp結(jié)或 Nn結(jié)）和異型異質(zhì) (Pn或 pN)結(jié)。按照兩種材料晶格常數(shù)的失配程度，異質(zhì)結(jié)可分為兩類，即匹配型異質(zhì)結(jié)和失配型異質(zhì)結(jié)，由于兩種異質(zhì)材料具有不同的物理化學(xué)參數(shù)（如電子親和勢、 能帶結(jié)構(gòu)、介電常數(shù)、晶格常數(shù)等） , 接觸界面處產(chǎn)生各種物理化學(xué)屬性的失配，使異質(zhì)結(jié)具有許多不同于同質(zhì) PN結(jié)的新特性。 異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(dǎo)體合金 ,目前按異質(zhì)結(jié)中兩種材料導(dǎo)帶和價帶的對準(zhǔn)情況可以把異質(zhì)結(jié)分為 Ⅰ 型異質(zhì)結(jié)和 Ⅱ 型異質(zhì)結(jié)兩種，兩種異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)如圖所示。 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本特性 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，是將不同材料的半導(dǎo)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(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)所作成的半導(dǎo)體激光器 基本特性： 量子效應(yīng)： 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(nèi)，電子的 特性會受到量子效應(yīng)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(dǎo)體的自由電子主要是由于外加雜質(zhì)的貢獻，因此在一般的半導(dǎo)體材料中，自由電子會受到雜質(zhì)的碰撞而減低其行動能力。然 而在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可將雜質(zhì)加在兩邊的夾層中，該雜質(zhì)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(zhì)是分開的，所以電子的行動就不會因雜質(zhì)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(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)能將電子與空穴局限在中間層內(nèi)，電子與空穴的復(fù)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(dǎo)體發(fā)光組件，大都是由異質(zhì)結(jié)構(gòu)所組成的。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)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(yīng)用廣泛。 激光 二極管： 半導(dǎo)體 激光 二極管的基本構(gòu)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(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，因電子與空穴很容易掉到中間層，因此載子數(shù)目反轉(zhuǎn)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(nèi)，其結(jié)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(zhì)結(jié)構(gòu)很適合制作激光器，有很大的優(yōu)點。 若干半導(dǎo)體雜質(zhì)摻雜的一些考慮 12 關(guān)于 Au/ZnO/Si異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu) 4 .9 5mWeV14 . 3 5XeV14 . 5SWeV25 .1SWeV24 . 0 5XeV0E2cE2E?2iE1cE1iE1E?Au n Z n O? p S i?F
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