半導(dǎo)體照明技術(shù)(第六講)孟

1、 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第四章第四章 半導(dǎo)體的激發(fā)與發(fā)光半導(dǎo)體的激發(fā)與發(fā)光 半導(dǎo)體發(fā)光二極管能將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。其原理是電半?dǎo)體發(fā)光二極管能將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。其原理是電能造成比熱平衡時(shí)更多的電子和空穴，同時(shí)，由于復(fù)合而減能造成比熱平衡時(shí)更多的電子和空穴，同時(shí)，由于復(fù)合而減少電子和空穴，造成新的熱平衡，在復(fù)合過(guò)程中，能量以光少電子和空穴，造成新的熱平衡，在復(fù)合過(guò)程中，能量以光的形式放出。的形式放出。 本章主要介紹本章主要介紹PNPN結(jié)及其特性、注入載流子的復(fù)合、異質(zhì)結(jié)結(jié)及其特性、注入載流子的復(fù)合、異質(zhì)結(jié)構(gòu)等構(gòu)等內(nèi)容。內(nèi)容。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)一、半

2、導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（一）半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)（一）半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 硅和鍺是四價(jià)元素，在原硅和鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電子子最外層軌道上的四個(gè)電子稱為稱為價(jià)電子價(jià)電子。它們分別與周。它們分別與周圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。有序的晶體。 硅原子空間排列硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖共價(jià)鍵共價(jià)鍵第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體PNPN結(jié)及其特性結(jié)及其特性 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明

3、明 技技 術(shù)術(shù)（二）本征半導(dǎo)體（二）本征半導(dǎo)體: : 純凈的結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。純凈的結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體特性：本征半導(dǎo)體特性：（1）熱力學(xué)溫度為）熱力學(xué)溫度為0K時(shí)，幾乎不導(dǎo)電。時(shí)，幾乎不導(dǎo)電。（2）光激發(fā)、熱激發(fā)和摻入雜質(zhì)可以使其導(dǎo)電能力增加。對(duì)）光激發(fā)、熱激發(fā)和摻入雜質(zhì)可以使其導(dǎo)電能力增加。對(duì) 應(yīng)的導(dǎo)電元器件分別是光敏元件、熱敏元件、晶體管。應(yīng)的導(dǎo)電元器件分別是光敏元件、熱敏元件、晶體管。（三）半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理（三）半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理 1、電子、電子 當(dāng)半導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度當(dāng)半導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0K時(shí)，沒(méi)有自由電子。當(dāng)溫度升時(shí)，沒(méi)有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增

4、高，有的價(jià)電子可以掙脫高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為自由電子自由電子。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2 2、空穴、空穴 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)空位空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴空穴。3 3、電子空穴

5、對(duì)、電子空穴對(duì) 因熱激發(fā)而出現(xiàn)的因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的出現(xiàn)的，稱為，稱為電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)。游離的部分自由電子落入游離的部分自由電子落入未飽和共價(jià)鍵，未飽和共價(jià)鍵，則則電子空電子空穴成對(duì)消失，稱為穴成對(duì)消失，稱為復(fù)合復(fù)合。本征激發(fā)和復(fù)合的過(guò)程 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 因五價(jià)雜質(zhì)原子中只因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而形成共價(jià)鍵，而多余的一多余的一個(gè)價(jià)電子個(gè)價(jià)電子因無(wú)共價(jià)鍵束縛因無(wú)共價(jià)鍵束縛而而很容易形成自由電子很容易形成自由電子。（四）雜質(zhì)

6、（四）雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 四價(jià)的本征半導(dǎo)體四價(jià)的本征半導(dǎo)體(Si(Si、GeGe等等) )，摻入少量，摻入少量五價(jià)的雜質(zhì)五價(jià)的雜質(zhì)元素元素( (如如P P、AsAs等等) )形成電子型半導(dǎo)體，稱形成電子型半導(dǎo)體，稱N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。也稱也稱電子型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 在在N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由自由電子是多數(shù)載流子電子是多數(shù)載流子, ,它主要由它主要由雜質(zhì)原子提雜質(zhì)原子提供；供；空穴是少數(shù)載流子空穴是少數(shù)載流子, , 由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為提供自由電

7、子的五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子正離子，因，因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)施主雜質(zhì)。2 2、P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素( (如硼如硼B(yǎng)B、銦、銦InIn等等) )形成了形成了P P型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，也稱也稱為為空穴型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體。因三價(jià)雜因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子缺少一個(gè)價(jià)電子而在而在共價(jià)鍵中共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴留下一個(gè)空穴。 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)P型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子，主

8、要由摻雜形成；主要由摻雜形成； 電子是少數(shù)載流子電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子負(fù)離子，三價(jià)雜質(zhì)因，三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為而也稱為受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)。 3 3、N N型化合物半導(dǎo)體型化合物半導(dǎo)體例如，化合物例如，化合物GaAsGaAs中摻中摻Te(Te(碲碲 ) )，六價(jià)的，六價(jià)的TeTe替代五價(jià)的替代五價(jià)的AsAs可可形成施主能級(jí)，形成施主能級(jí)，成為成為n n型型GaAsGaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體。4 4、P P型化合物半導(dǎo)體型化合物半導(dǎo)體例如，化合物例如，化合物 GaAsGaAs中摻中摻ZnZn，二價(jià)的，

9、二價(jià)的ZnZn替代三價(jià)的替代三價(jià)的GaGa可形成可形成受主能級(jí)，受主能級(jí)，成為成為p p型型GaAsGaAs雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)二、二、PNPN結(jié)及其特性結(jié)及其特性 P-N結(jié)結(jié)阻阻EN型型P型型（一）（一）PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成 N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上型半導(dǎo)體的結(jié)合面上由于區(qū)的電子向區(qū)擴(kuò)散，區(qū)的由于區(qū)的電子向區(qū)擴(kuò)散，區(qū)的空穴向區(qū)擴(kuò)散，空穴向區(qū)擴(kuò)散，在交界面附近產(chǎn)生在交界面附近產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng)，稱為了一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)建場(chǎng)內(nèi)建場(chǎng)。內(nèi)建場(chǎng)阻。內(nèi)建場(chǎng)阻止電子和空穴進(jìn)一步擴(kuò)散，記作止電子和空穴進(jìn)一步擴(kuò)散，記作 。 最后最后,多子的多子

10、的擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移漂移達(dá)達(dá)到到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡。對(duì)于。對(duì)于P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電空間電荷區(qū)荷區(qū)稱為稱為PN結(jié)結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱缺少多子，所以也稱耗盡層耗盡層。阻E 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2、PN結(jié)處存在電勢(shì)差結(jié)處存在電勢(shì)差Uo。 也阻止也阻止N N區(qū)區(qū)帶負(fù)電的電子進(jìn)帶負(fù)電的電子進(jìn)一步向一步向P P區(qū)區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散。 它阻止它阻止P P區(qū)區(qū)帶正電的空穴進(jìn)帶正電的空穴進(jìn)一步向一步向N N區(qū)區(qū)擴(kuò)散；擴(kuò)散；U00eU電子能級(jí)電子能級(jí)電勢(shì)曲線電勢(shì)曲線電子電勢(shì)能曲線電子

11、電勢(shì)能曲線P-N結(jié)結(jié) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 3、由于由于PNPN結(jié)的存在，結(jié)的存在，電子電子的能量應(yīng)考慮的能量應(yīng)考慮到到勢(shì)壘帶來(lái)的勢(shì)壘帶來(lái)的附加附加勢(shì)能勢(shì)能，使電子能帶出現(xiàn)彎曲。使電子能帶出現(xiàn)彎曲?？諑Э諑Э諑Э諑-n結(jié)結(jié)0eU 施主能級(jí)施主能級(jí)受主能級(jí)受主能級(jí)滿帶滿帶滿帶滿帶 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)1 1、結(jié)的單向?qū)щ娦浴⒔Y(jié)的單向?qū)щ娦裕ǎǎ?正向偏壓正向偏壓在結(jié)的在結(jié)的P型區(qū)型區(qū)接電源正極，接電源正極，N型型區(qū)接負(fù)極叫區(qū)接負(fù)極叫正向正向偏壓。偏壓。阻擋層勢(shì)壘被削弱、變窄，阻擋層勢(shì)壘被削弱、變窄，有利于空穴向有利于空穴向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，電子向區(qū)運(yùn)動(dòng)，電子向

12、P區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成正向電流區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成正向電流(m級(jí)級(jí))， PN結(jié)表現(xiàn)為小電阻結(jié)表現(xiàn)為小電阻。Ep型型n型型I阻阻E（二）（二）PNPN結(jié)的特性結(jié)的特性 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)外加正向電壓越大，外加正向電壓越大，正向電流也越大，正向電流也越大，而且是呈非線性的而且是呈非線性的伏安特性伏安特性(圖為鍺管圖為鍺管)。V（伏）（伏）（毫安）（毫安）正向正向00.21.0I 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（）（） 反向偏壓反向偏壓在結(jié)的在結(jié)的P型區(qū)接電源負(fù)極，型區(qū)接電源負(fù)極，N型區(qū)接電源正極，型區(qū)接電源正極，叫叫反向偏壓反向偏壓。 阻擋層勢(shì)壘增大、變寬，阻擋層勢(shì)壘增大、變寬，不

13、利于空穴向區(qū)運(yùn)動(dòng)，不利于空穴向區(qū)運(yùn)動(dòng)，也不利于電子向也不利于電子向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，區(qū)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有正向電流。沒(méi)有正向電流。 PN結(jié)表現(xiàn)結(jié)表現(xiàn)為大電阻。為大電阻。 但是，由于少數(shù)載流子但是，由于少數(shù)載流子的存在，會(huì)形成很弱的反的存在，會(huì)形成很弱的反向電流，這個(gè)電流也稱為向電流，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流反向飽和電流。Ep型型n型型I阻阻E 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)PN結(jié)正偏時(shí)，結(jié)正偏時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；具有較大的正向擴(kuò)散電流； IFRFII 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｓ袉蜗驅(qū)щ娦?。反反偏偏PNPN結(jié)反偏時(shí)，結(jié)反偏時(shí)，呈現(xiàn)高

14、電阻，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。具有很小的反向漂移電流。IR 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2 2、PNPN結(jié)的反向擊穿特性結(jié)的反向擊穿特性 當(dāng)加到當(dāng)加到PN結(jié)上結(jié)上的反向電壓增大到的反向電壓增大到某個(gè)數(shù)值時(shí)，反向某個(gè)數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加，這電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的結(jié)的反向擊穿反向擊穿。擊穿電壓擊穿電壓V(伏伏)I-（微安）（微安）反向反向-20-30 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（1 1）電擊穿（可逆）電擊穿（可逆） 齊納齊納(Zener(Zener) )擊穿：擊穿： 較強(qiáng)的內(nèi)電場(chǎng)將空間電荷區(qū)共價(jià)鍵中的價(jià)電子拉出。產(chǎn)較強(qiáng)的內(nèi)電場(chǎng)將空間電

15、荷區(qū)共價(jià)鍵中的價(jià)電子拉出。產(chǎn)生大量的電子空穴對(duì)，使空間電荷區(qū)的高阻性變差而擊穿。生大量的電子空穴對(duì)，使空間電荷區(qū)的高阻性變差而擊穿。摻雜濃度高易擊穿。摻雜濃度高易擊穿。雪崩擊穿：雪崩擊穿： 少數(shù)載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下碰撞電離并產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，少數(shù)載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下碰撞電離并產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，造成空間電荷區(qū)中的載流子數(shù)目劇增，使造成空間電荷區(qū)中的載流子數(shù)目劇增，使IsIs突然增大。突然增大。（2 2）熱擊穿（不可逆）熱擊穿（不可逆）反向電壓反向電壓 反向電流反向電流 結(jié)溫結(jié)溫 熱激發(fā)熱激發(fā) 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)3、PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 在在PN結(jié)內(nèi)的耗盡層中，存在相對(duì)的正負(fù)

16、電荷，根據(jù)外加電壓結(jié)內(nèi)的耗盡層中，存在相對(duì)的正負(fù)電荷，根據(jù)外加電壓能改變耗盡層的寬度，因而電容量也隨之變化，因此能改變耗盡層的寬度，因而電容量也隨之變化，因此PN結(jié)具有結(jié)具有的電容效應(yīng)。的電容效應(yīng)。在突變結(jié)的情況下：在突變結(jié)的情況下：210)1 (VCCj310)1 (VCCj在緩變結(jié)的情況下：在緩變結(jié)的情況下：式中式中C0是無(wú)外加電壓時(shí)耗盡層的電容量。是無(wú)外加電壓時(shí)耗盡層的電容量。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 注入載流子的復(fù)合注入載流子的復(fù)合一、復(fù)合的種類一、復(fù)合的種類 復(fù)合分為兩大類，一個(gè)是伴隨光的輻射的復(fù)合復(fù)合分為兩大類，一個(gè)是伴隨光的輻射的復(fù)合(輻射型復(fù)合輻射

17、型復(fù)合)；一個(gè)是不伴隨光輻射的復(fù)合一個(gè)是不伴隨光輻射的復(fù)合(非輻射型復(fù)合非輻射型復(fù)合)。前者是由于空穴和。前者是由于空穴和電子的復(fù)合以光能的形式輻射能量，即對(duì)發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)是有用電子的復(fù)合以光能的形式輻射能量，即對(duì)發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)是有用的復(fù)合，不伴隨光輻射的復(fù)合對(duì)發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)是有害的復(fù)合。的復(fù)合，不伴隨光輻射的復(fù)合對(duì)發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)是有害的復(fù)合。二、輻射型復(fù)合，二、輻射型復(fù)合， 1、直接躍遷和間接躍遷、直接躍遷和間接躍遷 在導(dǎo)帶底的電子落到滿帶，與空穴復(fù)合時(shí)，最初的狀態(tài)和最在導(dǎo)帶底的電子落到滿帶，與空穴復(fù)合時(shí)，最初的狀態(tài)和最后的狀態(tài)的能量差以光的形式輻射。分為直接躍遷型和間接躍遷后的狀態(tài)的能量差

18、以光的形式輻射。分為直接躍遷型和間接躍遷型。型。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)對(duì)于對(duì)于直接躍遷型輻射直接躍遷型輻射，如果輻射光的頻率為，如果輻射光的頻率為，則：，則：21EEhv對(duì)于對(duì)于間接躍遷型輻射間接躍遷型輻射，如果輻射光的頻率為，如果輻射光的頻率為，則：，則：KEEhv21式中，式中，K K為聲子的能量，也就是晶格振動(dòng)的熱能。為聲子的能量，也就是晶格振動(dòng)的熱能。注：聲子注：聲子就是晶格振動(dòng)的簡(jiǎn)正模就是晶格振動(dòng)的簡(jiǎn)正模能量量子能量量子。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2 2、通過(guò)雜質(zhì)能級(jí)的復(fù)合、通過(guò)雜質(zhì)能級(jí)的復(fù)合 首先含有雜質(zhì)的半導(dǎo)體在常溫附近大部分的雜質(zhì)被離子化首先

19、含有雜質(zhì)的半導(dǎo)體在常溫附近大部分的雜質(zhì)被離子化, ,在空的雜質(zhì)能級(jí)上導(dǎo)帶的電子被俘獲在空的雜質(zhì)能級(jí)上導(dǎo)帶的電子被俘獲；其次，必須使雜質(zhì)的能其次，必須使雜質(zhì)的能級(jí)俘獲的電子再吸收熱能，在回到導(dǎo)帶之前和空穴復(fù)合。級(jí)俘獲的電子再吸收熱能，在回到導(dǎo)帶之前和空穴復(fù)合。3 3、相鄰能級(jí)的復(fù)合、相鄰能級(jí)的復(fù)合 電子的波動(dòng)函數(shù)跨越兩個(gè)能級(jí)，引起電子的躍遷，這樣兩電子的波動(dòng)函數(shù)跨越兩個(gè)能級(jí)，引起電子的躍遷，這樣兩個(gè)能級(jí)間的能量差以光的形式輻射出來(lái)。個(gè)能級(jí)間的能量差以光的形式輻射出來(lái)。4 4、激子復(fù)合、激子復(fù)合 （1 1）激子：）激子：激子是庫(kù)侖引力束縛在一起的電子激子是庫(kù)侖引力束縛在一起的電子空穴對(duì)，也空穴對(duì)，

20、也是一種激發(fā)的能量狀態(tài)。自由激子能在晶體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，而束縛是一種激發(fā)的能量狀態(tài)。自由激子能在晶體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，而束縛激子則可受到施主、受主、等電子陷阱、晶體缺陷激子則可受到施主、受主、等電子陷阱、晶體缺陷等等的束縛。的束縛。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) （2 2）在半導(dǎo)體晶體中，除了固定在晶格原子上的電子和能自由）在半導(dǎo)體晶體中，除了固定在晶格原子上的電子和能自由地在晶體中運(yùn)動(dòng)的電子外，還有處于它們中間能量的固定在格子地在晶體中運(yùn)動(dòng)的電子外，還有處于它們中間能量的固定在格子上的電子，這就是上的電子，這就是處于激發(fā)態(tài)的電子處于激發(fā)態(tài)的電子，隨之與空穴產(chǎn)生空穴，隨之與空穴產(chǎn)生空穴電電子對(duì)，

21、這個(gè)激子就可因擴(kuò)散而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上去。子對(duì)，這個(gè)激子就可因擴(kuò)散而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子上去。這個(gè)帶有這個(gè)帶有能量的電子能量的電子空穴對(duì)由于復(fù)合釋放出能量，以光的形式向外輻射?？昭▽?duì)由于復(fù)合釋放出能量，以光的形式向外輻射。（如（如GaPGaP發(fā)紅光、綠光）發(fā)紅光、綠光）三、非輻射型復(fù)合三、非輻射型復(fù)合1 1、階段地放出聲子的復(fù)合、階段地放出聲子的復(fù)合 作為半導(dǎo)體發(fā)光材料，從發(fā)光波長(zhǎng)來(lái)考慮，禁帶寬度必須在作為半導(dǎo)體發(fā)光材料，從發(fā)光波長(zhǎng)來(lái)考慮，禁帶寬度必須在1eV1eV以上，而聲子的能量在以上，而聲子的能量在0.06eV0.06eV左右，導(dǎo)帶的電子落入滿帶時(shí)左右，導(dǎo)帶的電子落入滿帶時(shí), ,電子的能量假

22、如全部生成聲子，則必須有電子的能量假如全部生成聲子，則必須有2020個(gè)以上的聲子生成，個(gè)以上的聲子生成，這么多的聲子同時(shí)生成的概率幾乎等于零。因此，聲子也就階段這么多的聲子同時(shí)生成的概率幾乎等于零。因此，聲子也就階段性地產(chǎn)生。性地產(chǎn)生。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2、俄歇過(guò)程、俄歇過(guò)程 電子能量變換成熱能的過(guò)程稱為電子能量變換成熱能的過(guò)程稱為俄歇過(guò)程。俄歇過(guò)程。它是非輻射型的它是非輻射型的復(fù)合過(guò)程。俄歇過(guò)程是在自由載流子的濃度比較高的情況下和有復(fù)合過(guò)程。俄歇過(guò)程是在自由載流子的濃度比較高的情況下和有晶格缺陷的情況下發(fā)生。晶格缺陷的情況下發(fā)生。3、表面復(fù)合、表面復(fù)合 在晶體表面，可

23、以想象到存在著比內(nèi)部還要多的缺陷，因此，在晶體表面，可以想象到存在著比內(nèi)部還要多的缺陷，因此，在表面引起的各種非輻射性復(fù)合的概率比晶體內(nèi)部還要高。在表面引起的各種非輻射性復(fù)合的概率比晶體內(nèi)部還要高。 發(fā)光二極管的發(fā)光效率、壽命、可靠性都與表面密切相關(guān)。發(fā)光二極管的發(fā)光效率、壽命、可靠性都與表面密切相關(guān)。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 輻射與非輻射復(fù)合之間的競(jìng)爭(zhēng)輻射與非輻射復(fù)合之間的競(jìng)爭(zhēng) 少數(shù)載流子既可輻射復(fù)合也可非輻射復(fù)合，二者之間的競(jìng)少數(shù)載流子既可輻射復(fù)合也可非輻射復(fù)合，二者之間的競(jìng)爭(zhēng)決定了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。爭(zhēng)決定了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。KTEEnNpNLtItiexp110由式可見(jiàn)，發(fā)光中心密度大，非輻射復(fù)合中心密度小，發(fā)光中由式可見(jiàn)，發(fā)光中心密度大，非輻射復(fù)合中心密度小，發(fā)光中心淺、自由電子密度越大，則內(nèi)量子效率越高。心淺、自由電子密度越大，則內(nèi)量子效率越高。 半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)構(gòu) 異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)是由兩塊不同帶隙能量的單晶半導(dǎo)體連接而成的。是由兩塊不同帶隙能量的單晶半導(dǎo)體連接而成的。異質(zhì)結(jié)分為同型（異質(zhì)結(jié)分為同型（n-nn-n或或p-pp-p）和異型（）和異型（p-np-n）異質(zhì)結(jié)兩種）異質(zhì)結(jié)兩種。理。理想異質(zhì)結(jié)的界面是突