半导体第九章.ppt

第九章 发光二极管和半导体激光器 9.1 辐射复合与非辐射 9.1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。 9.1.1 辐射复合 1.带间辐射复合 2.浅能级和主带之间的复合 3.施主?受主对（D-A对）复合 4.通过深能级的复合 5.激子复合 6、等电子陷阱复合 在GaP LED中引入N或Zn-O等电子陷阱的意义。 9.1.2 非辐射复合 9.2 LED的基本结构和工作过程 9.2 LED的基本结构和工作过程 9.2 LED的基本结构和工作过程 9.3.2 量子效率 量子效率是发光二极管特性中一个与辐射量有关的重要参数。它反映了注入载流子复合产生光量子的效率。量子效率又有内量子效率和外量子效率两个概念: 外量子效率：单位时间内输出二极管外的光子数目与注入的载流子数目之比。 内量子效率：单位时间内半导体的辐射复合产生的光子数与注入的载流子数目之比。 9.3.2量子效率 1.注射效率 9.3.2量子效率 注射效率就是可以产生辐射复合的二极管电流在二极管的总电流中所占的百 分比。 根据（9-15）式提高注射效率的途径是： (a) P区受主浓度要小于 N 区施主浓度，即 结。 (b) 减小耗尽层中的复合电流。这就要求LED所用的材料和制造工艺尽可能保证晶体完整，尽量避免有害杂质的掺入。 (c) 选用电子迁移率比空穴迁移率大的材料。由于 族化合物半导体的电子迁移率比空穴迁移率大很多，例如 ，所以它们是制造LED的上选材料。 9.8 半导体受激发射的条件 9.8 半导体受激发射的条件 9.8.1 粒子数反转分布 9.8.1 粒子数反转分布 9.8.2 光学谐振腔 9.8.3 振荡的阈值条件 9.10 异质结激光器 9.10 异质结激光器 * * * 1.多声子过程 2.俄歇(Auger)过程 3.表面复合 平面结构镓砷磷红光二极管的结构示意图 图9-9 磷化镓发光二极管 （a）磷化镓发光二极管管芯截面图 （b）封装后的磷化镓发光二极管 PN结的电致发光 图9-10 P-N的电致发光结：（a）零偏压，（b）正向偏压V 图9-12 带尾对带?带复合的影响；（a）N型，（b） P型 ＞ ＜ （a） （b） 蓝宝石衬底 GaN缓冲层 N型GaN : Si 多量子阱有源区（InGaN/GaN） P型GaN：Mg P型InGaN-金属接触层 GaN基LED发光原理 半导体激光器是靠注入载流子工作的，若要发射激光，需具备三个条件：(1)要形成粒子数反转(2)要有一个合适的谐振腔(3)满足一定的阈值条件 半导体中光子与电子相互作用的三种基本过程：吸收、自发发射和受激发射。 半导体中发生粒子数反转分布的条件：PN结两端的准费米能级之差EFn-EFpEg,即准费米能级进入异带和价带内部。