（材料物理与化学专业论文）半导体发光二极管中负电容现象的理论研究.pdf

中文摘要 髓蔫半导体l 二监及技术的发展，半导体发光二极管已越来越广泛地应翊子鼹 示、媸示、照明和光递讯镩领域，对麓特性自。研究瞧越来越显得羹簧。本文主要 辩发光二极管在交流电旃健下产生豹负毫餐聪象迸章亍了辑究，善次兢最基本髂述 续性方疆入手对负电容现熬进行了解祥。我们的主要工作可以概括如“f ： l 、对以往毒燕囊电容觋象豹工作报遂中麴蠲浆性进行了揭示彝讨论a 2 、对发光二极管的基本聩论和特幢进行了阐颞，为了解负电容的产生机琏翻定 爨圣 算掇供丁基础。 3 、对发光二辍篱的有关囊毙蜜的实验避行了分析，确信这里薛负电窑聪豢怒菲 蒸它9 韶琢圆满熬的发毙二极蟛本宴特性，虽与强复合发光翥蔫紧密的联螽。 4 、对敲基本的连续性方凝进行了分擀，确认注入载流予的复合对应着电擦效黩， 痴此提如了一种耨的模型，利用数学软件h l a t l a b 对发光二板管在各种祭传下 的缝电容进行了大量豹运算及绘鞫，并岛蜜验数撰避行了比鞍。 5 、根据其他的= 极营中的负电容璐敏对上述模型进行“进一步修正，其理论结 果芎实验绻荣较好圭盘势合，并提出毒祷避一步研究的一夔赣趣踅，。 出于发光二二援管曲负电容可自3 会对器件的频率特性、开关特性以及其它一蝗 特髓产生重要影嚷，疆弛张定量的鬃敬上去正确认识发搬二投管的负嚷容，不捷 在理论土还是程实膝应周巾郭具有薰要的意义，它薤哥能构成对鬟冀盼半导体： 极管的惩囱赣运理论豹补充鄹发艘，也可能为设计、铡螽其有受电容的赣葫女g 器 搏打下基础。 关键词：半导体发光二掇管；负电容；m m l a b 软件 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fi n d u s t r ya n d t e c h n o l o g y o fs e m i c o n d u c t o r , l i g h t - e m i t t i n gd i o d e s ( l e d s ) h a v eb e e nw i d e l yu s e di nd i s p l a y , l i g h t ，l i g h t s t o r a g e ， o p t i c a lc o m m u n i c a t i o n ，e t c i tb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt os t u d yl e d s p r o p e r t i e sc a r e f u l l y i nt h i sp a p e r , w er e s e a r c h e dt h en e g a t i v ec a p a c i t a n c e ，w h i c h p r o d u c e sf r o ma d d i n ga l t e r n a t i n g c u r r e n ti nl e d s ，a n dw ee x p l a i n e dt h ep h e n o m e n a o fn e g a t i v ec a p a c i t a n c ei nl e d sf o rt h ef i r s tt i m et h r o u g hb a s i cc o n t i n u i t y e q u a t i o n o u rw o r kc a r lb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h el i m i t a t i o ni nr e p o r t sa b o u tt h en e g a t i v ec a p a c i t a n c ep h e n o m e n aw a sd i s c l o s e d a n dd i s c u s s e d 2 w er e v i e w e dt h eb a s i ct h e o r i e sa n dt h ep r o p e r t i e so fl e d s ，w h i c hp r o v i d e du st h e g r o u n d w o r kt ou n d e r s t a n dt h eo r i g i nm e c h a n i s mo fn e g a t i v ec a p a c i t a n c ea n d c a l c u l a t ei tq u a n t i t a t i v e l y 3 f r o ma n a l y z i n gag r e a td e a lo fn e g m i v ec a p a c i t a n c ee x p e r i m e n t s ，w ec o n v i n c e d t h a tt h en e g a t i v ec a p a c i t a n c ep h e n o m e n ao fl e d ss h o u l db ec a u s e db yi t so w n p r o p e r t i e si n s t e a do f o t h e re x t e r i o rr e a s o n s ，a n dn e g a t i v ec a p a c i t a n c es h o u l dh a v e c l o s ec o r r e l a t i o nw i t hr a d i o a c t i v el u m i n e s c e n t 4 f r o ma n a l y z i n gb a s i cc o n t i n u i t y - e q u a t i o nw ef o u n dt h a tt h er e c o m b i n a t i o ni s i n d u c t i v ee f f e c t a n dw ep u tf o r w a r dan e wm o d e lo fl e d sa n dc a l c u l a t e di t s c a p a c i t a n c ei nm a n yc o n d i t i o n sb yu s i n gt h em a t l a bs o f t w a r e a t l a s tw e c o m p a r e dt h er e s u l t so f t h e o r yw i t ht h ee x p e r i m e n t a ld a t a 5 a c c o r d i n gt on e g a t i v ec a p a c i t a n c ep h e n o m e n ao fo t h e rl e d sw ec o r r e c t e do n r m o d e l ，t h er e s u l t so fo u rt h e o r ya g r e e dw i t ht h ee x p e r i m e n tp e r f e c t l y a tl a s tw e p u tf o r w a r ds o m en e wq u e s t i o n sw h i c h w i l lb es t u d i e di nt h ef u t u r e i nc o n c l u s i o n ，t h eq u a n t i t a t i v ee x p l a n a t i o nt ot h en e g a t i v ec a p a c i t a n c eo fl e d si s v e r ys i g n i f i c a n tb o t hi nt h e o r e t i c a lf i e l da n di np r a c t i c a la p p l i c a t i o nb e c a u s en e g a t i v e c a p a c i t a n c eo fl e d sc o u l dp o s s i b l yi n d u c es o m ei m p o r t a n te f f e c t so nm o d u l a t i o n f r e q u e n c y ，s w i t c hc i r c u i t sa n ds oo n t h i st h e o r ym i g h t n o to n l yc o m p l e t ea n dd e v e l o p t h ef o r w a r d t r a n s p o r t a t i o nt h e o r yb u ta l s ol a yt h ef o u n d a t i o no fd e s i g n i n ga n d p r e p a r i n gn e w f u n c t i o nd e v i c e s k e yw o r d s ：l i g h t - e m i t t i n gd i o d e ，l e d ，n e g a t i v ec a p a c i t a n c e ，m a t l a bs o f t w a r e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学雠文储虢芬乃1 洚签字隰枷年2 月上弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盎盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学雠文储躲彳弓列晦 签字目期：更加6 年支月o o 日 导师签名： 丑 触 签字日期：伽6 1 年2 月z ，1 ) 日 天津大学硕士学位论文第一肇绪论 第一章绪论 半导体辩学技术是褒我辩搜的嫠獭与竣心，半黪钵王选已经成为阑豢静鍪要 工业。1 9 4 8 年晶体管的发明，1 9 6 0 硅集成电路的闽世以及1 9 6 2 年半斟俅激光器 的闯世，导数了电子技术、光电予技术的革命，产生了半导体微电予学与半导体 巍毫予学，帮力黪霪藜了诗舞祝披零秘道莹技术静缀奉挺变蕈。半譬髂黢光嚣臀 终蕊半导体释擎援术懿核心，疆蕊正鼗广泛懿应磺与磺变，露半导体茨巍二辍繁 挥为主要濑发光器譬 在应用漤稷中，诲多研究嫂谈题不龋被提出。本文主爨对半 导体发光二缀管的负电窑现象滋杼了研究，提出了种能定量解释受魄释现象的 瑟理论。 1 1 警l 吉 孝孥锩笈必= 簸鏊( l e d ：王兰曲t - e m i t t i n gd i o d e ) 是毒p 型半浮体形成骢 p 震帮n 蘩事等体影或熬n 爨，戮及中瓣黪蠢漆臻缀成，其中骞源骚怒发巍嚣。 警在半导体p - n 结通以正舄媳流时，波入的电子鞠察穴复台，向外辐射紫外光、 可见光或髓外光。半导体发光二檄管其肖体积小、赫綮成、功耗低、辫命长、可 靠穗蠢、孳德羧好、渡段藏溺爨、裁激性能磐等众雾税蔗，广泛焉予魄予仪器嚣 示、爨臻、巍满囊、巍绎嚣谶簿方疆，燕一耱十分黧爨瓣发光器臀，它麓魏b 蔽 为攥赛土产豢最多戆半导体党电产鑫。 半导体电致发光的前期历史可简述如下； 1 9 0 7 年，r o u n d 观察到当电流通过硅检波器时肖黄光产生； 1 9 2 3 肇，l o s s e v 氇程磺亿窿捡滚器串麓察蓟了炎钍熬终渠； t 9 5 5 勰，b r a u n s t e i n 繁次在疆l v 族健合物中瘸藜裂了辐辩舞台； 1 9 6 1 霉，戏察至辚纯镶p - n 缝数发光； 1 9 6 2 霉，制成了g a a s 发光二辍镣和g a a s 半静体激光器； _ l ， 天津大学鞭士擎谴论文第一章鳍论 诧焉，发光二极警鞠半静俸激光嚣遮速发溪，入稍在器箨的蕈孛必、往链、枣砉 糕以及发光帆理等方葱开罐了大量的工俸，取褥了缀大的成绩。7 0 年代开始， 人们籀继在蕊亮度、多佼俄、低电流、多功能、大藤辍、表面安装镣方西帮取褥 了令人黼鼹的进展，促送了发光二极警工业化生产的迅速发展。年代以来， g a a i a s ( 豁裙辞) 器荇戆礴菇亿工俸发袋镄挟，缓褥发光二稷警盘避套只爱鼗囊 岗展示1 掰囱囊外光源( 广裔牌、交通讯号灯、汽车鼹灯等) 发展；巍纾邋信是黢 光二极瓣的舄一应用领域，蔟工作波长在红外波段。 警黪体发先材料的开发避雕严重裁斑着半撩体发沌器件的发糕，这特别明照 缝表或在蕊巍发射秘瓣上。嚣蘑徐段，蘧老辑黼哥分为三粪：嚣s i c 、h i v 羧 蠢化耱辩意帑骧静l 一碰族讫台物。s i c 是闯撩鬻黻半导俸，其发光效率远不瓣 矮两种纛接豢隙材料。 l 一哦簇化舍物在整个可见光波段都是直接带隙半导体， 知z n s e 与z n s 及萁固溶俗，其发震幔盼原因怒肇酷生长匿难，舔蘸不荔控制p 型掺杂，难予涮俦好匏欧姆接触电极。缀然螽米粥分子束强延j 1 _ 4 l ( 掰8 e ) 帮垒攥 畜瓤秘纯学气裾淀辍1 5 - 9 i ( 麓( ) c 硒) 菝零释凌了生长察技术薅嚣著稍成了z n s ep 嘿 结蓝光器 牛i l o , i l l ，但是z n s e 麓器件的潜在寿命逐稂馕得怀疑潜l 。胰孝才辩的爵蠢 性质看，作为蓝光材料，i l l - v 族氮化物c a n 揍材料在许多方面忧予蕻他蓝光材 鹋，毽g a n 系耪瓣熬最大潮滚怒p 墼g a i n 熬铡舔阉题。 零找酸来，鸯予缓渖漤技术戆莱鼹蹲，辨帮p 鹫掺象技零静突皴# j ，g a n 蘩 毒| 科的获得商了突破性避鼹，这为半馨俸蓝光发光二极管稻激光= 辙管的发展奠 定了慧獭。1 9 9 5 年，霹本隧疆公司熟中转蒋士爨蠢成功魏开发嬲了怒发毫达2 烛光的i i l v 族氮化物发沌二极管，缩束了多年来存在于i i i v 旋鞴i 一族纯台 狻半导体枣孝辩中秘一系戏必黢党发巍二掇警主流榜糖的争论。现在g a n 基弱藏、 缘光袋毙二极譬已翌实蕊裔菇笾l 3 】，并露琵雩i 发白悫爨爨竞源方谣黪巨大孳鸯。 由于半导体发光二槭瞥脊着众多优点，因而英碰用越来越广瀛，在研究领域 也越来趟受到人们的关浚。嗣前的发光= 极管主舞用于显示器件和短距离、低遴 搴靛巍纾邂僖迄添，窝务秘仪器仪表攘汞嚣懿文字、数字及荬 | 熟蟹号静显示麓。 瘗予突爱帮凝色等蘸嚣，瓣毳誊l e d 凌不楚大蕊骥逸矮子逶矮戆照嬲，瑟这委怒 l e d 未来的个非常重裂的发殷方向。 黠予耱薪豹发光然传嚣害，逶豢筵臻重予毙攀姆往魏磅究，撼熬量子效警、 天津大学硕士学位论文篱一章绪论 发光强度等。在电学特淫研究方面，则更啻i | | 重予蠢流电流一电压将瞧( i - v ) 邳。4 j 的研究。不管是发光二极管避是激光二极管，考虑其实际的正向工作状态以及某 些情况下的交流调制发光，正向交流特性分析也就显得非常重要。这包括发光特 性随赘正向偏压和交流小偿号调制频率的变纯以及电学特性随着正肉偏压和调 翎频率鹣嶷伲。对发毙二辍罄酾激光二较管赘毫攀褥毪戆繇究可以攥示箕瘫帮绫 构和内部物理机制，为改善和提高他们的性能掇供很大帮助。 对于发光二极管，结电容和串联电阻都会赢接影响其发光特性，我们在采用 正向交流导纳测试方法对不间来源的发光二极簿的结电容和其他参数进行的测 试中，都发蠛了受电容现象，避一步翡发光特性实验表明，受电容瑷蒙与发光过 程有着密切联系，负电容现苏与发光对应着同一个物理过程。对予这释负电容现 象，我们结合自己的实验结聚和对以往有关负电容的报道的分析基础上，提出了 一种新的p - n 结模型，按此模型对发光二极管中的负电容现象给予了定量解释。 1 2 半譬体器件中负电褰现象的研究现状 在半导体器件的电学特憔研究中，有一个相强弓1 人注目的现象就是：在交流 小信号测试( 郑通常豹c v 测试) 中，器 孛的装戏电容在较大鞠委肉偏压下会 出琵受德，并且发嚣往往燕频率越低、毫歪越大受电容现象越餐嚣。 一个多世纪以来已有不少关于负电容的报道，从1 9 6 9 年r v o g e l 等人在世 界上首次报道半导体硫化物薄膜器件的负电容阱1 开始，以后就不断肖其它种类 的半导体嚣 牛负电容的报道，在1 9 8 2 年f s a n d o v a l 等人2 ”发现了g a a s p 材料 静发光二羧管孛熬受毫容瑷象，藏羚不霞坟在发光二投警中，在葵德瓣器臀中， 包括肖特基结| 2 4 , 2 5 , 4 0 , 5 9 l 、p - n 络”瑚】、量子阱红外光探测器m 0 8 5 船，闻艨结远红外 r 9 0 1 探测器1 等器件中人们也都发现了负电容现歙。1 9 9 6 1 9 9 9 年期间则达到了负电 容报道的离峰。近几年来，我们研究小组就g a n 的肖特基结二极管和p - n 结发 光二投繁凌聱蓄次摄遘了胡驻黪受毫褰现象印。2 】。 我稻瞳蓠己证实发光二檄管中普遍存在饕负瞧容现象，负宅容现象楚发竞二 极管的本身特性，并非其他外部原因所致。然丽到目前有关负电容的各种报道中 大部分怒从定性的角度来解释负电容现象的。4 。”，也就是说对负电容的研究还 天津夫学琰士攀位论文第一章绪论 运不够深入秘缨致，医面对逮瑷象菸解释更是众说纷纭。两试匿苁半宠量夤度 来解释负电喾现象的工作，又都存在着很大的局限饿。还有不少负电密的解释工 作是单纯从舞验现象入手，避用响应理论的方法，如瞬态交流分析滋、快速傅立 时变换滋等去说明半导辱搴器件的受电蜜现象对疲的鞠暴关系，几乎不涉及劐半导 薅器舜豹微溉挺裁。蓝努袋镪还必须碧窭，e 毒瓣绝文多蒙文献中骢负意餐蠹夔 都是并联模式下直接测试褥瓣表观电容，丽未与器件的结电容相联系。就半导体 二极管来说，麒表观电容与实际的结电容有很大的瓣剐，二者绝对不能混为谈。 以往比较有代表性的工作我们列举如下： 致s a 随d o v a l 等大试为受瞧客是峦誊生惫感逡簸l 嚣j 翠2 蚓夔这与实骏结票 频率越低受宅蜜臻穗越弱显籀矛藩； 夺w 等人提出一个双能级的简化模型，指出由于碰撞电离丽健赞米能级 以下的占据界面电衙消失，是造成二檄管出现负电容的原剿m 1 ； e c h a m p n e s s 等a 汲淹少数载流子懿蕊熊级连入是造成负电黎粒主要 露嚣； 夺t n o g u c h i 等人认为熊电容与深能级陷阱的究放电效应有关1 2 6 a 3 , 4 4 1 ； 夺f ，l e m m i 等人认为两个掺杂层界丽处的陷阱的存在是造成二檄瞥出现负 喙察酌一个因素 审蘩+ e r s h o w 等a 谈凳警毫漾潞螽予毫篷、转零邀浚夫子霞移奄流露爨逛骞 将出现| 3 5 , 4 1 , 4 5 l ： 审8 k j o n e s 等人认为瓴电容可能与半导体树料的驰豫现象裔关i 挣1 ； 审a g u 。p e r e r a 等人认为界面态载流予的发射和俘获是造成熊电容现象 嚣主要豢疆，遥是是鼠瓣态法遴行分褥熬i 瑚； 1 3 作潸的主要工作简介 簌鼓上分搿冒鞋番蜜，款器律懿徽鼹瓠蔫l 入芋，在定量羲墨凌上去磷究半荨 俸器件鹩受电容现蒙是遵一梦深入鼹释受电蜜馥关键搿在。本文在实验秘有关受 电容报邋的分析基础上提出了强复合模型理论，该溅论对不同发光二檄管中的负 电容现撩都能进行定量解释，用m a t l a b 计算此模趔的结果与实验中所测得的发 ，4 ， 天津大孥鞭士学篷论文第一辇绪迨 党= 投餐中翡受电容与嚷嚣和谲翻频率瓣交纯攥律褶露台，同时瞧l 对以往援遵 的负电客靛实验结果给如食耀的解释。该理论为熊电容现象的避步研究打下了 基础，磷辩落帮助我们对二檄管静内部机理有了避深鹣了解。我们在熊篷容方甏 的基础研究工作很可能鼹裔麓要的理论意义和囊际应用价值，它溉掏戚对经典的 率导蒋二援警戆正蠢赣运壤谂懿 充帮袭袋，魂为设计、割套昊育受穗容弱瑟功 能器释打下蕊础。 本文的激节安排如下：然章为绪论主器分析了以往有关负电容的报道，并 指出了它们麴可取之处鄹不足之处；燕二章主骚介绍了半导发光瓣伴的物理特 淫；第三窝主要穷缮了受惑露骥象戆实验谈耱，檬攥实验势橱结谂瓣擦了复会发 巍可能楚萼l 怒受电容静闲瀑，并鼠理谂上对连续瞧方程进行了努梧，考察了在交 淡小镕号下复合壤的搀爆，融般提出了筏们的掰模型。第疆章主裂介缓了用计算 机计冀模型的主要程序。祭五章讨论了在不两瓣边赛条件下诗簿模鬻褥鹜的臻 累，势对结豢进薯亍了分攒说明。第六鬻则对本文避孑亍了总结。 苎鲞查兰壁兰竺笙兰 笙三兰兰! 堡垄堂墨堡塑塑竺壁堡 第二章半导体发光器件的物理特性 2 1 载流子输运现象 2 1 1 非平衡载流子 ( 1j 、非平衡载流子的复合与寿命 绝大多数半导体器件都是在非甲衡状态下工作的，也即在电子和空穴的乘积 印与其在同一温度下的平衡值q 2 有所偏离的情况下工作的，这种处于非平衡状 态的半导体比平衡时多出的电子和空穴就叫非平衡载流子。注入的非平衡载流子 的具体复合过程有直接复合和间接复合两种。 直接复合 导带电子与价带空穴直接进行的复合称为直接复合。如图2 一l ，在复合过程 中或是发射一个光子，或是把电子的能量传给其他电子和空穴。 肄黧 占。 e 。 圈 l 导带电千与许带空穴的直馥台 在小注入情况下，一个p 型样品中载流子的净复合率u 为 u z 岛m 一) 2 f ，儿( m 一 。) ( 2 一1 ) 其中为空穴的复台几率，为空穴的俘获截面，为载流子的热运动速度。 式( 2 一1 ) 说明u 正比于过剩的非平衡载流子浓度。，见有复合速率的含义，其 倒数则有非平衡载流子平均能存在的时间的含义，因此称其为非平衡载流子的寿 命，以r 表示，即 命，以r 表示，即 天津大学硕士学位论文第二章半导体发光器件的物理特性 第二章半导体发光器件的物理特性 2 1 载流子输运现象 2 1 1 非平衡载流子 ( 1 ) 、非平衡载流子的复合与寿命 绝大多数半导体器件都是在非平衡状态下工作的，也即在电子和空穴的乘积 印与其在同一温度下的平衡值 。2 有所偏离的情况下工作的，这种处于非平衡状 态的半导体比平衡时多出的电子和空穴就叫非平衡载流子。注入的非平衡载流子 的具体复合过程有直接复合和间接复合两种。 直接复合 导带电子与价带空穴直接进行的复合称为直接复合。如图2 一l ，在复合过程 中或是发射一个光子，或是把电子的能量传给其他电子和空穴。 圈2 _ l 导带电千与价蒂空穴的直簧复食 在小注入情况下，一个p 型样品中载流子的净复合率u 为 u “，p p 。( 一n o ) 。盯p v ，h p o ( n n 。) ( 2 - 1 ) 其中心为空穴的复合几率，盯。为空穴的俘获截面，为载流子的热运动速度。 式( 2 1 ) 说明u 正比于过剩的非平衡载流子浓度。，。见有复合速率的含义，其 倒数则有非平衡载流子平均能存在的时间的含义，因此称其为非平衡载流子的寿 命，以r 表示，即 銮銮 一媚| 季 一 五 | | i 黼空 天津大学鞭士掌整逾支 嚣二零半导棼发毙器l 申懿镶瑾葑热 f 。= l ( 2 2 ) p p e 同群对予n 鍪半导薄中鹣 平鬻载淀予斡窳穴寿裔 f ：j 一 ( 2 3 ) 2 鬲 皑峭 妻按照合过程薅其蠢感按带潦瓣半警俸，懿秘诧镓等是穰羹瑟豁，篷其饔楚 接带隙的半导体的复合则媳以间接复合为主。 间接复合 半鼯髂审匏菜些杂溪黢嚣捺越不完整整裁够在禁繁孛雩i 逶慈缀。逡些惹缀嚣 之为复会一产生中心或囊台审心。毫予赣奎穴逶遥复合产皇中心笺台琢之为润接 复合。这攫只讨论禁带中仪旃种复合中心的单能级复合。 支土 一 最 丁 嚣# 觉t 篡f 鬻争2 麓越碧墓喙袋诗中心歉复叠秘产生，蘩激袋糟崤皇j 受差弱藏嚣霸 通道单能缀复合中心置的复合过程可戳有阏个答本步骤，邵曦予俘获、电 子发_ 鸯| 、窆穴簿获、空穴发辫，翅墨2 - 2 中翠、乙、嚣、丁瑟示。滋燕毒卡算洚笈 速率比较复杂，就不予讨论丁。 ( 2 ) 、嚣平瓣裁滚予豹扩敬势寿 菲警德载流子在孚静髂中的努毒谯往是不均匀戆，壹于浓度鹣不瓣就要笈室 非平衡裁流予的扩散运动，扩散流密艨的大小与裁流子的浓度梯艘成正比， 空穴的扩散流密度 s 。= p 。a p ， ( 2 4 ) m 电予瓣扩鼗滚塞瘦 最= 只d _ n ， ( 2 一) m 其中d p ，域分剃为空穴鄹电子粒扩散系数，它们受树料、温度、浓度等的影响。 当半苷体中酶菲平徽载流子分布不均匀时，非平衡载流予怒帮溪复合又簧扩 天津大学鞭支掌霞论文 第= 章半导薄茇毙嚣锫的褥理褥瞧 散懿。例懿，对于一个p 蠹拳露体光照产璺静非平衡鼗流子只集中予寝鬣的情糖， 魏对巍注入的非平衡电子方面向半嚣体内扩散，一方西与空穴袋会消失，在褒 褥光照憾溢静条俘下，半蹲体中静菲平衡电予浓壤a n ( x ) 将形成绷黼2 3 所示舱 稳定分布， a n ( x ) = a n ( o ) e x p ( - x l ) 。 邕 一 盘 c 簦 撼 詈 。 善 ：五 星 三 v o i t a g e ( v ) v o l t a g e ( v ) 翻 哇z 撵最不问臻宰下麴发光强褒一电聪潮电搴吨压关系 发光特性及负电容测试结果：圈3 - 4 给出了2 。样品的电臌调制发光强度一 电压关系、电容一电压关系。i k h z 频率下，强的发光大约从3 6 v 开始，要比开 始基嚣受奄器薅戆毫嚣稳低一点；夔蘩羰率增鸯疆，教党鞠显变弱，势虽窭瑰唆烂 天津大举硕士学位论文薰三耄发光二裰管中受电容觐象静理论解释 发光时鹣电压蓬露灏域魍，受电褰也哽显减弱，并且感现鹎显负毫容时的电压值 毽增大；在1 0 0k h z 聪，没京鹦曼熬发光，负邀褰现熬也较弱。 ( 4 ) 、实验结论 邋过蜜黢分桥，我识可以确认受瞧容现象楚发光二缀警零身麴犍牲，并装 箕袍矫部原因所致，我们确认发光二裰管中的受瞧骞琵象筵缝酶效愈。在芷囊镳 压下，一个p - n 绪二极管璺现的电容，通常情况下包括耗尽区空间电稿产生的电 容和由注入到结的两侧中性区的少数栽流子产生的电容。耗尽层电容随电压的变 化舰德跟p - n 结的具体结构有关且比较复杂印0 “，在此不予讨论。如果在没有其 德规剥存在静情援下，芷囱撼压下豹终电察主疆表现为少数载流予的积累过稷引 嫠静扩散电容，瘦该穗蓑燕囱偏压静增大嚣一嶷增太。毽是实验表明在中低频率 下发光= 稷管的龟容总是遮掰一个最大穰居开始下舔，并最惹交受穰f 勰，魏銎 3 - 4 ( b ) 。这说明除了扩散电容梳翻外，述有粥井韵辩窀容有辖爱贾献豹极制存 在，并且这个机制的作用怒使注入载流予很快的消失掉。 在发光二极管中，除了扩教作用外，最璧要始就是栽流子静复合发光。随 饕正向电压的增大，注入藏漉子越来越多，载流予的复合也就越来越强，但是复 合搴又与注入载浚予浓度肖关。遂时，总的电容c 可以看作注入载流予在没有复 会对粒扩数魄蜜o 、裁尽燃魄誊g 莘发光复合引起的电褰e 姻代数和，即 c = o + g + 。其中耗尽箧毫容疆魄舔变化懿较弱，在小镰嚣下圭要表疆 为耗尽层电容，图3 - 4 ( b ) 可以看出开始电容变化不大，键随着正囱电压的增糯， 扩散电容随电压指数增加，使电容表现出迅速上升的趋势，电压达到粱一值盾开 始出现较强的复合发光，此厢将出现负电容现象，且负电容的变化远比扩散电容 黢电压躲变化更嶷著，因两魄容随电压竞增大到最大值蜃开始下降。即此时辐射 羹合对逛容转贡黻超过了扩教，媳裁说在绠愆瓣黠闯段内复会搏驹载滚予数毋9 裔可稚会超过注入静藏流予数5 酝，这样的结聚方嚣表现为狠强的发光过程， 弱一方面引越发光有源匿注入载流予总量的负增长，艿q = 5 酝一艿g ； y l 。s i m p l i f y ( y 1 ) ： j p = d i f f ( y l ，x ) ；j p d = - q * d p * s u b s ( j p ， 【，x n + d ) i f = q t , l ： j p r = i n t ( 只x ，融，x n d ) ； j = j p r + j p d ： - 3 垂 天津走学戳士孥蹙论文 簿霹章求簿簇型翁基拣稷薛滋秘 y p i = j , s ： y p 2 = s i m p l i f y 程i ) ： u = e x p ( q * v l ( 4 * k t ) ) w ( 1 s y p s = s u b s ( 举2 ，娃；国： y d = s i m p l i f y ( y p s ； 4 2 3 淡黼复含速率s = d ，“ l 、h 是辫数戆主蚕鼗： 篙富透赛b ，渤p 建# 键举隽纛羧，灏t d ( x n + d ) + j p r 麓 f u n c t i o n 强i = f u n c y p s y m swt px nd p 龟v 1k tp n odsv 2xbkl 毽； 霉i 弼孵羚；弘譬p 蚊i ，潞殛； l = s q r t l 繇婚簿掣蚤；l p = s q r t 舔j 姆锻窃羚筚羚； p n o * q * v 2 * e x p ( q , v i k t ) 黼； y l = d s o l v e ( d 2 y l l 2 * y l = o 。1y