半導(dǎo)體發(fā)光材料

半導(dǎo)體發(fā)光材料第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄半導(dǎo)體發(fā)光材料的條件半導(dǎo)體發(fā)光材料

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GaAs半導(dǎo)體材料

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Si基發(fā)光材料半導(dǎo)體發(fā)光材料器件第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料的條件合適的帶隙寬度電導(dǎo)率高的P型和N型晶體

用以制備優(yōu)良的PN結(jié)完整性好的優(yōu)質(zhì)晶體

制作高效率發(fā)光器件的必要條件發(fā)光復(fù)合幾率大

直接帶隙躍遷間接帶隙躍遷第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料發(fā)光的主要機(jī)制：

e-h的復(fù)合，釋放光子第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料直接帶隙躍遷特點(diǎn)：無聲子參與，發(fā)光效率高第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料直接躍遷的半導(dǎo)體材料以III-V族化合物半導(dǎo)體以及由它們組成的三四元固溶體為主GaAsInPGaNGaAsPInGaAsP......第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月GaAs半導(dǎo)體材料典型的直接躍遷型材料最為重要且研究最多的III-V族化合物半導(dǎo)體Eg~1.43eV，λ~900nm微波器件，半導(dǎo)體激光器，上轉(zhuǎn)換可見光器件的紅外激發(fā)源，發(fā)光耦合器的紅外發(fā)光源等許多材料外延生長的襯底第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月GaAs基本性質(zhì)閃鋅礦結(jié)構(gòu)（110）自然解理面主要缺陷

位錯(cuò)化學(xué)計(jì)量比偏離雜質(zhì)偏析顯微沉淀第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月GaAs的發(fā)光原理室溫下用電子束激發(fā)GaAs發(fā)光時(shí)的相對效率與雜質(zhì)濃度10161017101810191020N型P型10-410-310-210-11發(fā)光相對效率雜質(zhì)濃度（cm-3）第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月GaAs的發(fā)光原理雜質(zhì)濃度增加引起的態(tài)密度變化EgEDE（a）低濃度（b）中等濃度下的雜質(zhì)帶（c）高濃度下的帶尾第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月GaAs的發(fā)光原理

高雜質(zhì)濃度晶體內(nèi)的帶間躍遷EghvhvEP(E)(a)N型晶體(b)P型晶體第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月GaAs的發(fā)光原理GaAs發(fā)光二極管主要在P區(qū)發(fā)光：（1）μn/μp高達(dá)20左右（2）N區(qū)的費(fèi)米能級因簡并處于很高的位置（3）P區(qū)內(nèi)受主很深且形成雜質(zhì)帶第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料間接帶隙躍遷特點(diǎn)：有聲子參與，發(fā)光效率低。第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月Si基發(fā)光材料硅（Si）是目前最主要的半導(dǎo)體，在微電子器件材料領(lǐng)域占有主流地位，硅基光電子集成是目前科學(xué)研究的熱點(diǎn)。光發(fā)射器件是硅基光電集成中的關(guān)鍵器件，要實(shí)現(xiàn)硅基光電子集成，就必須解決硅基材料的發(fā)光問題！第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月Si基發(fā)光材料1984年Dimaria等人報(bào)道了，半透明Au膜/SiO2(50nm)/富硅SiO2(20nm)/n-Si結(jié)構(gòu)在1000℃退火后，正向偏壓大于15V下有電致發(fā)光出現(xiàn)。1990年Canham報(bào)道了室溫下多孔硅的強(qiáng)光致發(fā)光。近年來許多研究機(jī)構(gòu)正在通過半導(dǎo)體雜質(zhì)工程或能帶工程的方法來改善硅的發(fā)光效率，并取得一定的進(jìn)展。第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)發(fā)光1.等電子（雜質(zhì)）中心等電子陷阱束縛激子對提高間接帶隙材料的發(fā)光效率起著關(guān)鍵作用。

2.摻Er雜質(zhì)發(fā)光發(fā)光機(jī)理：激子傳遞能量模型。目前的局限：Er在Si中的固溶度僅能到1018cm-3，發(fā)光效率較低發(fā)光強(qiáng)度不高。第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月硅基量子結(jié)構(gòu)研究集中在α-Si(Ge)/SiO2超晶格、SiGe/Si量子阱和Si(Ge)量子點(diǎn)發(fā)光。原因?yàn)榱藢α孔狱c(diǎn)發(fā)光的機(jī)理進(jìn)行深入研究，以求得物理上的正確模型與解釋。在Si上制作量子點(diǎn)，從三維上對電子和空穴進(jìn)行限制，真正回避了硅基材料間接帶隙發(fā)光效率低的難題。第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料器件第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體發(fā)光材料器件1.51.00.5近紅外可見光InGaAsP激光器?Δ?ΔΔInGaAs激光器AlGaAs激光器?AlInGaP激光器(紅)?GaN激光器(藍(lán))通訊系統(tǒng)光盤存儲半導(dǎo)體激光器材料、發(fā)射波長和應(yīng)用分類波長/μm第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月參考文獻(xiàn)[1]余金中編著.半導(dǎo)體光電子技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.[2]方志烈編著.半導(dǎo)體發(fā)光材料和器件.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社,1992.[3]DimariaDJ,KirtleyJR,PakulisEJ,etal.Appl.Phys,1984,56:401.[4]CanhamLT.ApplPhysLett.1990,57:1046.[5]WangJ,NingYQ,RenDC,etal.Micronano-electronicTechnology,2002,8:18.[6]QinGG,WangYQ,QiaoYP,eta1.ApplPhysLett,1999,74:2182.[7]LockwoodDJ,LuZH,BaribeauJM.PhysRevLett,1996,76:539.[8]TsybeskovL,GromGF,FauchetPM.eta1.ApplPhysLett,1999,75:2265.[9]ZachariasM,BlasingJ,VeitP,eta1.ApplPhysLett.1