III-V族化合物半导体-国立彰化师范大学.PDF

物理教育學刊 151 Chinese Physics Education 2007, 第八卷第一期, 151-168 2007, 8(1), 151-168 所成長之化合物半導體的主要載子是電子則 屬 n 型半導體，若所成長化合物半導體的主 要載子是電洞則屬 p 型半導體，若將 p 型半 科技報導 導體薄膜成長於 n 型半導體上則形成 p-n 二 極體，p-n 二極體的發明和其後的發展奠定 了這一劃時代的微電子技術革命的基礎，亦 延伸應用在光電元件製作。圖二顯示平衡時 之同質 p-n 二極體的能帶架構，p-n 界面處會 III-V 族化合物半導體 形成空乏區，在空乏區中並無電子也沒有電 在光電元件中的應用 洞只存在游離的雜質，在 n 型半導體這邊的 空乏區出現帶正電荷的雜質離子(稱為施 體) ，在p 型半導體這邊的空乏區出現帶負電 荷的雜質離子(稱為受體) ，此帶正負電荷的 林祐仲 雜質離子會在空乏區中產生內建電場，空乏 區在微電子與光電元件應用中扮演重要的角 國立彰化師範大學 光電科技研究所 色。然而，於20 世紀 60 年代初期則開始異 質 p-n 結構的研究，成長異質 p-n 半導體結 III-V 族化合物半導體絕大部分屬於直 構仍需要考慮異質 p-n 界面其晶格匹配問題 接能隙半導體，不同於間接能隙之矽半導 以便降低界面缺陷的產生。圖三顯示平衡時 體。所謂直接能隙半導體則指電子從導帶底 之異質 p-n 二極體的能帶架構。底下介紹三 部掉落至價帶頂端，只產生能量的變化，此 種光電半導體元件最常見的應用。 能量大約等於導帶底部與價帶頂端之能量差 稱為該半導體之能隙，然而間接能隙半導體 一、發光二極體 則指電子從導帶底部掉落至價帶頂端時，除 能量的變化外，還包括晶體動量的改變，兩 具直接能隙之 III-V 族半導體導帶中之 者之簡易能帶架構顯示於圖一。再者，此 自由電子與價帶中的電洞產生輻射複合時則 III-V 族化合物半導體並非存在自然界，乃是 會釋放出相當於能隙之能量(Eg ，單位: eV) 利用液相磊晶(簡稱 LPE)技術、化學氣相沉 轉而放射出特定波長(λ ，單位: nm)的光，兩 積(簡稱 CVD)技術、分子束磊晶(簡稱MBE) 者之關係為 Eg