半导体异质结

1、ZnO掺杂波段图，第三章半导体异质结，在pn结的两侧采用相同材料，由被称为同质结的两种不同的半导体单晶材料构成的结为异质结，n和p是宽带半导体，n和p是窄带半导体p型GaAs和p型AlGaAs，同型异质结p型GaAs和n型alga 3.1异质结及其能带图用一些iii-v族化合物和一些ii-vi族化合物的禁带宽度和晶格常数、异质结的形成、三元合金的禁带宽度和晶格常数、三元或四元化合物半导体形成晶格匹配非常完美的异质结。 晶格失配的定义，a1和a2分别是两种材料的晶格常数(a2a1)，a为平均值，晶格匹配越好，界面能级密度越低，异质结的形成条件满足禁带宽度的要求，晶格失配选择小的材料，晶格失配形成

2、位错缺陷，每单位面积的悬挂键数， 异质结的能带图案，(a )异质结形成前的平衡带图案(b )形成后的平衡带图案特征：界面发生能带弯曲，传导带和价带发生不连续，异质结耗尽层宽度的计算，条件：热平衡下， 界面两端费米能级相同的带宽Eg和电子亲和力都不是杂质浓度的函数(非简并)导带端的不连续和价带端的不连续不受杂质浓度影响的能带的弯曲量VD (扩散电位)是两个半导体功函数的差，NA是p型半导体的受主浓度，ND是n型半导体的n和p分别是n型和p型半导体的相对介电常数。若施加偏置电压，则将VD置换为(VD-V )，内置电位的大部分落入杂质浓度低的一侧，其耗尽层宽度也宽，同质结的势垒高度VD的计算、耗尽层

3、宽度根据结电压的变化而变化，微分电容C=dQ/dV， (1/C2 )和v处于线性关系，可以根据直线的电压轴上的切片求出势垒高度VD，考虑到界面状态时的带图(a)p-n异质结(b)n-p异质结、(c)p-p异质结(d)n-n异质结、渐变异质结的半导体异质结的电流电压关系比同质结复杂，突变异质结的电压-电流特性和注入特性、(a )负反向势垒(b )正反向势垒、负反向势垒的电压-电流特性p型半导体中的少数载流子的浓度n10 n型半导体中的多数载流子的浓度n20、正向偏压施加时， p型半导体势垒区域边界处的少子浓度、电子电流密度，Ln1为电子扩散长度，Dn1为电子扩散系数，n型半导体中的少数载流子的浓

4、度p20，施加正向电压时，空穴的电流密度，Lp2为空穴扩散长度Dp2为空穴扩散系数，总电流，注入比：为对pn结施加正向电压时， n区域注入p区域的电子流和p区域注入n区域的空穴流之比、同质结注入比、同质结注入比决定的是掺杂浓度、异质结注入比：由于带断续地存在，从左向右的空穴注入不仅克服势垒，而且为了克服追加的台阶，空穴流：从右向左的电子注入异质结为渐变时，正反势垒异质结的伏安特性、势阱的电子向右输送，克服高度Ec-qVD1的势垒的右n型区域导带的电子必须向左输送，应克服的势垒的高度为qVD2， 因为左空穴通过异质结而跨越的势垒高，qVD1 qVD2-Ev这种异质结几乎不存在整流特性，考虑到界面

5、状态的影响，载流子通过界面状态复合，复合电流表示Ein为界面状态的能级深度，v表示施加电压， 异质结的超注入现象：是通过异质结从宽带半导体注入到窄带半导体的少数载流子浓度超过宽带半导体的多数载流子浓度，施加了正向电压的p-GaAs-N-AlxGal-xAs异质结，在施加到异质结的正向电压足够大的情况下，p区域的电子因为p区域的导带底比n区域的导带底更接近费米能级，所以p区域的导带的电子浓度比n区域高，p区域和n区域的电子浓度Ec1和Ec2分别为p区域和n区域的导带底能量值，Nc1和Nc2分别为2种半导体导带底的有效状态密度，Nc1Nc2为Ec2 实现激光器所要求的粒子数反转条件3.3量子阱和二

6、维电子气，量子阱：在量子力学中，对电子的运动施加某种制约，能量化能量的势能场，二维电子气(2DEG ) :一般来说，可以在两个方向上自由运动，但在三个方向上运动受到限制的电子群。图3.11半导体量子阱的示意图，对于无限深方阱中的粒子，假定阱的宽度为Lz，解雪定中伤方程式，波函数的解在z方向上，满足边界条件的波函数(z=0及z=Lz，恒定为零)的能量Ez被量化，z方向的有效质量n为能量固有值与量子数n的平方成比例，分别是与和平和z方向垂直的有效质量、图3.12量子阱中的电子能量、图3.13三角形势阱的模式图、MOS结构逆型层、金属一半导体接触、异质结界面、二维电子气的状态密度， 状态密度：在单位

7、能量间隔内允许存在状态数为三维的情况下，为了从状态密度和能量处于抛物线关系的k空间求出能量空间的状态密度，二维电子气仅将三维求解中的体积变换为二维的面积，将势阱平面的x、y方向的长度分别设为Lx和Ly， 对于各状态所占的面积，k空间的等能量曲线为圆，相对于圆环状的面积的状态数相等，单位实际空间中的对应的状态数，与逆空间中的面积元2DEG中的电子的状态密度和能量的关系，3.4多量子阱和超晶格，(a) (b) (c )半导体量子阱多量子阱超晶格， a层厚度dA远远小于b层的厚度dB，势垒层的厚度dB为了保证一个阱层的电子不能穿过势垒层进入另外一个阱层，需要足够大，超晶格中的电子的运动不仅受到材料晶

8、格周期电势的影响，同时， 受到沿薄层生长方向z扩展的人工附加周期势场的影响，周期、多量子阱和超晶格中的电子的波函数，由于两种构成材料的禁带宽度不同，当窄的禁带材料的厚度小于电子的去除波长时，该材料成为载流子的阱，量子阱效应，一、 量子阱效应：量子阱中的电子的能级间距在夹在与阱宽度的平方成反比的宽禁带材料之间的由窄禁带材料的薄层构成的量子阱中，薄层狭窄到足以量化电子状态的程度， 当入射电子的能量与中间量子阱的离散能量水平一致时，谐振隧道效应3360的隧道概率接近1，当能量不一致时，谐振隧道效应：的隧道概率几乎为零三，声子约束效应3360的量子约束与位于量子阱或超晶格中的声子状态也类似于电子状态微带效应：超晶格中各量子阱问题的势垒薄，各量子阱中的束缚能级相互结合，形成微带，蓝色InGaN/GaN多层量子阱LED结构， 5 -周期0.3 ga0.7n/gan SLS (2.5nm/4.0 nm ) gan缓冲器层： 30 nm，透明电子，n电子，n-type gan : si Substrate Sapphire or Si，p-type al 0.1ga 0.9 n : mg 100n m3- 4m，活动层，ZnMgO/ZnO多层量子阱LED结构为周期波长u= (L1-L2 )/2(