必威体育精装版半导体器件物理课件第八章.ppt

8.3.2量子效率 2.辐射效率 发生辐射复合的电子数与总的注入电子数比： （8-18） （8-17） （8-16） （8-19） 8.3.2量子效率 三种可能的复合过程 图8-13三种可能的复合过程 浅施主能级 浅受主能级 深复合中心 8.3.2量子效率 带—带复合过程和非辐射复合过程相竞争： （8-21） 以 和 为竞争机制 ： （8-22） 8.3.2量子效率 根据（8-21）式，欲提高 ，可采用的方法是减少复合中心密度和增加P区的掺杂浓度，而且较高的 还有降低串联电阻从而减小正向电压降和欧姆损耗的作用。然而，高的掺杂浓度使得晶体缺陷增加，导致非辐射复合中心 的增加。同时，在讨论注射效率时已经指出，P侧的高掺杂会使注射效率下降。以上分析已为实际所证实。实际证明，对于 LED,外部测得的峰值效率发生在 =2.5 cm-3处。 8.3.2量子效率 根据以上分析，内量子效率可以写作 （8-23） 3.逸出几率 逸出几率 也叫做出光效率被定义为PN结辐射复合产生的光子射到晶体外部的百分数。 外量子效率可以写作： （8-24） 8.3.2量子效率 影响逸出几率的主要因素：界面反射和 再吸收。 ?1 ? ?c ?1? ?c ?1 ?c ?2 半导体表面 图8-14 中的界面反射和临界角 N型半导体圆顶 型i 型 典型源点 160 160 160 160 （a） （b） 透明环氧树脂 二极管芯片 d h1 h2 图8-18 圆顶状结构；（a）型半导体圆顶，（b）透明环氧树脂圆顶 第八章 发光二极管和半导体激光器1907.Round发现电流通过硅检波器时有黄光发生1923.Lossev在碳化硅检波器中观察到类似现象1955.Braunstein首次在三-五族化合物中观察到辐射复合1961.Gershenzon观察到磷化镓PN结发光1962年砷化镓发光二极管和激光器研制成功1970年砷化镓-铝镓砷激光器实现室温连续 8.1 辐射复合与非辐射 8.1辐射复合和非辐射复合 在复合过程中电子多余的能量可以以辐射的形式（发射光子）释放出来， 这种复合称为辐射复合，它是光吸收的逆过程。 在复合过程中电子的多余能量也可以以其它形式释放出来，而不发射光 子，这种复合称为非辐射复合。 光电器件利用的是辐射复合过程，非辐射复合过程则是不利的。了解半导 体中辐射复合过程和非辐射复合过程是了解光电器件的工作机制和进行器件 设计的基础。 8.1.1辐射复合 1.带间辐射复合 带间辐射复合是导带中的电子直接跃迁到价带与价带中的空穴复合。发射的光子的能量接近等于半导体材料的禁带宽度。 由于半导体材料能带结构的不同，带间辐射复合又可以分为直接辐射复合和间接辐射合两种: 导带 价带 导带 价带 图8-1 带间复合：（a）直接能隙复合（b）间接能隙复合 8.1.1 辐射复合 直接辐射复合 对于直接带隙半导体，导带极小值和价带极大值发生在布里渊区同一点如图8.1a所示。 电子在跃迁过程中必须遵守能量守恒和准动量守恒 准动量守恒要求 （8-1） =跃迁前电子的波矢量 =跃迁后电子的波矢量 =跃迁过程中辐射的光子的波矢量 8.1.1辐射复合 （8-2） (8-2)式说明这种跃迁发生在 空间的同一地点，因此也被称为竖直跃迁。 能量守恒要求 （8-3） 式中 = 跃迁前电子的能量 = 跃迁后电子的能量 = 辐射光子的能量 8.1.1辐射复