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)合過程中，能量以光少電子和空穴，造成新的熱平衡，在復(fù)合過程中，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)，沒有自由電子。當(dāng)溫度升時(shí)，沒有自由電子。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)電子因無共價(jià)鍵束縛因無共價(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)壘帶來的勢(shì)壘帶來的附加附加勢(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。空帶空帶空帶空帶p-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)，沒有正向電流。沒有正向電流。 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?。有單向?qū)щ娦浴７捶雌玃NPN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是無外加電壓時(shí)耗盡層的電容量。是無外加電壓時(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)光二極管來說是有用電子的復(fù)合以光能的形式輻射能量，即對(duì)發(fā)光二極管來說是有用的復(fù)合，不伴隨光輻射的復(fù)合對(duì)發(fā)光二極管來說是有害的復(fù)合。的復(fù)合，不伴隨光輻射的復(fù)合對(duì)發(fā)光二極管來說是有害的復(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)的簡正模就是晶格振動(dòng)的簡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、通過雜質(zhì)能級(jí)的復(fù)合、通過雜質(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。個(gè)能級(jí)間的能量差以光的形式輻射出來。4 4、激子復(fù)合、激子復(fù)合 （1 1）激子：）激子：激子是庫侖引力束縛在一起的電子激子是庫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)光波長來考慮，禁帶寬度必須在作為半導(dǎo)體發(fā)光材料，從發(fā)光波長來考慮，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、俄歇過程、俄歇過程 電子能量變換成熱能的過程稱為電子能量變換成熱能的過程稱為俄歇過程。俄歇過程。它是非輻射型的它是非輻射型的復(fù)合過程。俄歇過程是在自由載流子的濃度比較高的情況下和有復(fù)合過程。俄歇過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)合之間的競爭輻射與非輻射復(fù)合之間的競爭 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，二者之間的競爭決定了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。爭決定了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。KTEEnNpNLtItiexp110由式可見，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，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