半导体能带工程.pptVIP

2、固溶体的基本特征 性质一般会随组份比的变化而连续变化。 能带结构，载流子迁移率、折射率， 等。 （1）晶格常数服从Vegard关系：某种晶体的晶格常数等于所组成化合物晶格常数乘于其所占的比例之和 两种化合物组成： α(GaAsxP1-x)=xαGaAs+(1-x)αGaP 三种化合物组成: α(AlxInyGa 1-x-y N )=xαAlN + yαInN+(1-x-y)αGaN 通过对固溶体晶格常数的测定，可以确定固溶体的组分。 半导体量子阱和超晶格 1、量子阱和超晶格定义 单量子阱：两种禁带宽度不同的材料A和B构成的背靠背异质结B/A/B。B的禁带宽度大于A。在材料A的厚度小于电子的平均自由程时，电子被约束在材料A中，构成量子阱。 B：势垒层，A：势阱层 电子平均自由程： 面电子密度：ns ,cm-2 多量子阱：将禁带宽度不同的两种薄层材料周期性的 交叠在一起。势垒层的厚度可使势阱中的电子不能 穿透势垒层进入另一个势阱。 载流子的德布罗意波长： 半导体超晶格：量子阱势垒层的厚度较薄，相邻的势阱中的电子波函数之间能够互相重叠。 周期厚度（L）= 阱层厚度（Lw）+垒层厚度（LB） 量子阱周期数 2、量子阱和超晶格分类： （1）晶格匹配量子阱与超晶格，应变量子阱与超晶格：按材料 的晶格匹配程度来分 晶格失配度：（αA-αB）/αB 晶格匹配：两种材料失配度小于0.5% 晶格失配：失配度大于0.5% 应变量子阱与超晶格：通过薄层双方或一方的晶格常数的有限改变来补偿晶格失配的应力。一般应变层的厚度十分有限。 临界厚度：应变量子阱与超晶格的厚度超过一定值时，在界面处产生失配位错，晶体质量变差。 （2）固定组分量子阱与超晶格、组分渐变量子阱与超晶格，以及调制掺杂量子阱与超晶格。 调制掺杂量子阱与超晶格：用同一种材料，通过使用不同的掺杂来调制其能带结构，形成量子阱和超晶格。电子和空穴被束缚在不同导电类型的薄层内。 （3）根据组成材料在结合处的能带匹配情况： 第1类量子阱与超晶格：电子和空穴均被束缚在统一薄层中。对电子和空穴，材料A都是势阱，材料B都是势垒。 第2类量子阱与超晶格：两种材料分别是一种载流 子的势阱和势垒。 3、量子阱与超晶格中的电子状态： 导带势垒高度：ΔEc；价带势垒高度：ΔEv ΔEg =ΔEc+ΔEv 量子化能级的间距反比于量子阱宽度Lw的平方，量子阱越窄， 量子化效应越明显，当Lw宽一定程度时（约几十nm），量子效 应消失。 在将半导体体材料的能带分裂成一系列的子能带。 特点：1、电子和空穴均被束缚在一薄层中 2、块状半导体的连续的能带变成了量子化能级或被子禁带隔开的一些子能带。这些量子化能级或子能带的间距与量子阱宽Lw的平方成反比 3、由于量子化能级或子能带的基态离开了导带底和价带顶，半导体的有效禁带宽度增大，而且随Lw减小，有效宽度变大。 4、势阱中自由电子和空穴的激子束缚能增大，激子跃迁强度增加，激子束缚能约是体材料中激子束缚能的4倍，强度增加可达30-40倍。 自由激子： 量子阱中的激子： 异质结 1、异质结定义： 同质结：由导电类型相反的同一种半导体材料组成的结构。 异质结：由两种不同的半导体单晶材料组成的结构。 2、异质结分类： 根据材料的导电性： 反型异质结：两种半导体材料的导电类型相反： p-n Ge-GaAs；（p）Ge-（n）GaAs； p-nGaN-AlGaN；（p）GaN-（n）AlGaN 同型异质结：两种半导体材料的导电类型相同： n-n GaN- AlGaN；（n）GaN-（n）AlGaN 2、异质结的能带图：不考虑界面态时 半导体的功函数：真空中静止电子与 半导体费米能级之差。 W=E0-EFs E0 ：真空中静止电荷的能量； EFs ：半导体费米能级 功函数（W）:一般为几个电子伏特，