第八章-异质结

半导体材料异质结•pn结是在同一块半导体中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。一般pn结的两边是用同一种材料做成的，也称为“同质结”。•如果结两边是用不同的材料制成，就称为“异质结”•根据结两边的半导体材料的导电类型，异质结可分为两类：反型异质结(p-n，n-p)和同型异质结(n-n，p-p)。另外，异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结，当前人们研究较多的是突变型异质结。P-AIxGa1-xAsN-AIyGa1-yAsP-GaAs光输出双异质结半导体发光二极管的结构示意图反型异质结同型异质结理想异质结的I-V曲线异质结的能带结构：NP空间电荷区XM空间电荷区－耗尽层XNXP空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子总结：•相比同质结，异质结的特点•(1)异质结两侧的材料具有不同的禁带宽度•(2)由于介电常数的不同，会使界面处出现能带的凸起和凹口，结果能带出现不连续。•(3)在异质结界面处存在比较复杂的界面态。目前异质结制备的一些常用方法：•1.分子束外延技术。•2.MO-CVD•3.液相外延•4.物理气相沉积法。•5.sol-gel目前的一些研究对象：•1.制备电子器件：(1)开关器件(2)整流器件SiC基异质材料(3)场效应晶体管(4)异质结双极晶体管(HBT)主要应用材料为GaAs/AlGaAs/GaInP,InGaAs/InP/InAlAs,Si/SiGe等(5)HEMT(Highelectronmobilitytransistor)•2.制备发光二极管：(1)异质结发光二极管，异质结构为CdTe/PS，ZnS/ps等(2)制备新型的发光设备取代传统光源，白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，主要集中在GaN基pn结研究上，例如AlGaInN/GaN。•3.GaAs或InP基半导体激光器，这主要用于通信技术。在1.25—1.65μm范围内，现在主要的异质结激光器是GaInAsPorAlGaInAs/InP，而对于GaInNAs/GaAs,发射频率已做到1.52μm,用改进的GaInNAsSb/GaAs异质结激光器发射频率达到1.49μm，发射功率为0.2mA/μm2。•4.制备太阳能电池，例如ZnO/n-Si超晶格•1970年美国IBM实验室的江崎和朱兆祥提出了超晶格的概念•他们设想如果用两种晶格匹配很好的半导体材料交替地生长周期性结构，每层材料的厚度在100nm以下，如图所示，则电子沿生长方向的运动将会产生振荡，可用于制造微波器件．他们的这个设想两年以后在一种分子束外延设备上得以实现．超晶格：由两种不同材料交替生长而成的多层异质结结构晶体•超晶格的周期长度：相邻两层不同材料的厚度的和•两种材料的禁带宽度不同，能带结构出现势垒potentialbarrier和势阱potentialwell（pit）。•假设空间中的势能处处给定了，你可以把势阱或势垒理解成特定的空间区域•势阱就是该空间区域的势能比附近的势能都低•势垒就是该空间区域的势能比附近的势能都高。基本上就是极值点附件的一小片区域。•窄禁带材料厚度为阱宽LW•宽禁带材料厚度为垒宽LB量子阱•量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。•量子阱的最基本特征是，由于量子阱宽度(只有当阱宽尺度足够小时才能形成量子阱)的限制，导致载流子波函数在一维方向上的局域化。在由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构中，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子渡函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱。•如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来在各量子阱中分立的能级将扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这样的多层结构称为超晶格。具有超晶格特点的结构有时称为耦合的多量子阱。超晶格材料的分类组分超晶格：由两种不同组分的半导体所形成的超晶格材料。根据两种材料的能带在异质结界面处“对接”情况不同，又分为I型、II型、III型•什么是同质结？异质结？异质结的分类有哪些？•什么是超晶格？势阱？势垒？量子阱？