半导体发光材料 优秀课件.ppt

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1、半导体发光材料 第1页，本讲稿共21页目录半导体发光材料的条件半导体发光材料 GaAs半导体材料 Si基发光材料半导体发光材料器件第2页，本讲稿共21页半导体发光材料的条件合适的带隙宽度电导率高的P型和N型晶体 用以制备优良的用以制备优良的PN结结完整性好的优质晶体 制作高效率发光器件的必要条件制作高效率发光器件的必要条件发光复合几率大 直接带隙跃迁直接带隙跃迁 间接带隙跃迁间接带隙跃迁第3页，本讲稿共21页半导体发光材料发光的主要机制：e-h的复合，释放光子第4页，本讲稿共21页半导体发光材料直接带隙跃迁特点：无声子参与，发光效率高第5页，本讲稿共21页半导体发光材料直接跃迁的半导体材料以I

2、II-V族化合物半导体以及由它们组成的三四元固溶体为主GaAsInPGaNGaAsPInGaAsP.第6页，本讲稿共21页GaAs半导体材料典型的直接跃迁型材料最为重要且研究最多的III-V族化合物半导体Eg1.43eV，900nm微波器件，半导体激光器，上转换可见光器件的红外激发源，发光耦合器的红外发光源等许多材料外延生长的衬底第7页，本讲稿共21页GaAs基本性质闪锌矿结构（110）自然解理面）自然解理面主要缺陷 位错位错 化学计量比偏离化学计量比偏离 杂质偏析杂质偏析 显微沉淀显微沉淀第8页，本讲稿共21页GaAs的发光原理室温下用电子束激发室温下用电子束激发GaAs发光时的相对效率与杂

3、质浓度发光时的相对效率与杂质浓度10161017101810191020N型型P型型10-410-310-210-11发发光光相相对对效效率率杂质浓度（杂质浓度（cm-3）第9页，本讲稿共21页GaAs的发光原理杂质浓度增加引起的态密度变化杂质浓度增加引起的态密度变化EgEDE（a）低浓度）低浓度（b）中等浓度下）中等浓度下的杂质带的杂质带（c）高浓度）高浓度下的带尾下的带尾第10页，本讲稿共21页GaAs的发光原理 高杂质浓度晶体内的带间跃迁高杂质浓度晶体内的带间跃迁EghvhvEP(E)(a)N型晶体型晶体(b)P型晶体型晶体第11页，本讲稿共21页GaAs的发光原理GaAs发光二极管主要

4、在P区发光：（1）n/p高达20左右（2）N区的费米能级因简并处于很高的位置（3）P区内受主很深且形成杂质带第12页，本讲稿共21页半导体发光材料间接带隙跃迁特点：有声子参与，发光效率低。第13页，本讲稿共21页Si基发光材料硅（Si）是目前最主要的半导体，在微电子器件材料领域占有主流地位，硅基光电子集成硅基光电子集成是目前科学研究的热点。光发射器件光发射器件是硅基光电集成中的关键器件，要实现硅基光电子集成，就必须解决硅基材料的发光问题！第14页，本讲稿共21页Si基发光材料1984年Dimaria等人报道了，半透明Au 膜/SiO2(50nm)/富硅SiO2(20nm)/n-Si结构在100

5、0退火后，正向偏压大于15V下有电致发光出现。1990年Canham报道了室温下多孔硅的强光致发光。近年来许多研究机构正在通过半导体杂质工程或能带工程的方法来改善硅的发光效率，并取得一定的进展。第15页，本讲稿共21页杂质发光1.等电子（杂质）中心 等电子陷阱 束缚激子 对提高间接带隙材料的发光效率起着关键作用。2.掺Er杂质发光 发光机理：激子传递能量模型。目前的局限：Er在Si中的固溶度仅能到1018cm-3，发光效率较低发光强度不高。第16页，本讲稿共21页硅基量子结构研究集中在-Si(Ge)/SiO2超晶格、SiGe/Si量子阱和Si(Ge)量子点发光。原因1.为了对量子点发光的机理进

6、行深入研究，以求得物理上的正确模型与解释。2.在Si上制作量子点，从三维上对电子和空穴进行限制，真正回避了硅基材料间接带隙发光效率低的难题。第17页，本讲稿共21页半导体发光材料器件第18页，本讲稿共21页半导体发光材料器件1.51.00.5近红外可见光InGaAsP激光器InGaAs激光器AlGaAs激光器AlInGaP激光器(红)GaN激光器(蓝)通讯系统光盘存储半导体激光器材料、发射波长和应用分类半导体激光器材料、发射波长和应用分类波长/m第19页，本讲稿共21页参考文献 1 余金中编著.半导体光电子技术.北京：化学工业出版社,2003.2 方志烈编著.半导体发光材料和器件.上海：复旦大

7、学出版社,1992.3 Dimaria D J,Kirtley J R,Pakulis E J,et al.Appl.Phys,1984,56:401.4 Canham L T.Appl Phys Lett.1990,57:1046.5 Wang J,Ning Y Q,Ren D C,et al.Micronano-electronic Technology,2002,8:18.6 Qin G G,Wang Y Q,Qiao Y P,et a1.Appl Phys Lett,1999,74:2182.7 Lockwood D J,Lu Z H,Baribeau J M.Phys Rev Lett,1996,76:539.8 Tsybeskov L,Grom G F,Fauchet P M.et a1.Appl Phys Lett,1999,75:2265.9 Zacharias M,Blasing J,Veit P,et a1.Appl Phys Lett.1999,74:2614.10 Qin G G,Heng C L,Bai G F,et a1.Appl Phys Lett,1999,75:3629.第20页，本讲稿共21页 谢谢 谢！谢！第21页，本讲稿共21页