北京大学GaN课件2.ppt

第三章 异质结的能带图 3.1节 （3.1.1）能带图 （3.1.2）突变反型异质结的接触电势差及势垒区宽度 （3.1.3）突变同型异质结 （3.1.4）几种异质结的能带图 （3.1.5) 尖峰的位置与掺杂浓度的关系 Let x be the electron affinity, which is the energy required to take an electron from the conduction band edge to the vacuum level, 电子亲和势?：电子由导带底跃迁到真空能级所需的能量，?=E0-Ec let f be the work function, which is the energy diffcrcnce between the vacuum level and the Fermi level. 功函数?：电子由费米能级至自由空间所需的能量，?=E0-F 突变反型异质结的势垒电容 什么是Anderson 定则？ 异质结能带有几种突变形式？ 尖峰的位置与掺杂浓度的关系是什么？ 同质结和异质结的电势分布有何异同？ 同型异质结有哪些特点。 异质结界面两侧的导带极小值和价带最高值随坐标的变化。 （3.1.1）能带图 Sapphire n-GaN p-GaN 电子或空穴的势阱和势垒 e 电场下：电子 空穴实际上是缺少价电子 同质结的情况 扩散 漂移 统一费米能级 内建场 空间电荷区 能带弯曲 正向偏置 反向偏置 c 真空能级 导带底 f Ev Ef Ec 不考虑界面态时的能带结构 (一）能带图 由电子亲和能、禁带宽度、导电类型、掺杂浓度决定 A 突变反型 x1 x2 DEc DEv EF Ev EC EF Eg1 Eg2 f1 f2 未组成异质结前的能带图 Consider first a p-type narrow-gap semiconductor, such as GaAs, in contact with an N-type wide-band-gap semiconductor, such as Al ,GaAlAs. 安德森(Anderson)能带模型 假定： 1，在异质结界面处不存在界面态和偶极态； 2，异质结界面两边的空间电荷层（或耗尽层中)，空间电荷的符号相反、大小相等； 3，异质结界面两边的介电常数分别为?1和?2, ?1??2,界面处的电场不连续： ?1E1=?2E2 E1? E2。 x1 x2 DEc DEv EA EF1 Ev EC EF2 ED Eg1 Eg2 f1 f2 1异质结的带隙差等于导带差同价带差之和。 2导带差是两种材料的电子亲和势之差。 2而价带差等于带隙差减去导带差。 There is nonsymmetry in DEC and DEv values that will tend to make the potential barriers seen by electrons and holes different. This nonsymmetry does not occur in homejunction Eg1 eVD EC Eg2 EC EF Eg2 Eg1 接触前 接触后 当两种单晶材料组成在一起构成异质结后，它们处于平衡态，费米能级应当相同。 为了维持各自原有的功函数?和电子亲和势?不变，就会形成空间电荷区，在结的两旁出现静电势，相应的势垒高度为eVD，e为电子电荷，VD为接触电势。 它等于两种材料的费米能级差：eVD=F2-F1 EC EF Eg2 Eg1 1 能带发生了弯曲：n型半导体的导带和价带的弯曲量为qVD2, 界面处形成尖峰. p型半导体的导带和价带的弯曲量为qVD1, 界面处形成凹口(能谷）。 2 能带在界面处不连续，有突变。 Ec , Ev DEc=0.07eV DEv=0.69eV DEc+ DEv= =0.76eV InGaAs GaAsSb InAs GaSb EC1 Ev1 EC2 Ev2 EC1 Ev1 EC2 Ev2 EC1 Ev1 EC2 Ev2 Straddling 跨立型 (b) Staggered 错开型 (c) Broken gap 破隙型 AlGaAs GaAs 典型的能带突变形式 p16 AlGaAs GaAs InGaAs GaAsSb 电子和空穴在空间分离。 InAs GaSb 电子从一种半导体大量流入到另一种半导体，使一种半导体存在大量电子，而另一种存在大量空穴。使它们具有导电能力，具有半金属性质。 电子和空穴在同一区域 利用分子束外延生长高质量GaAs基GaSb体材料和InAs/GaSb超晶格材料