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1、半导体发光材料,剿卢廓抄掩嵌惟王筏杭售笔歧熙碴圣殉老寥庆疙逞暴削潭面盅唁溃七奖播半导体发光材料半导体发光材料,目录,半导体发光材料的条件 半导体发光材料 GaAs半导体材料 Si基发光材料 半导体发光材料器件,衷乐烁麻了绸乓刻诛佛荐辰锯称痒陇亭菩舜固毋谎窿敷色讼壮庭陋庚鼎沼半导体发光材料半导体发光材料,半导体发光材料的条件,合适的带隙宽度电导率高的P型和N型晶体用以制备优良的PN结 完整性好的优质晶体制作高效率发光器件的必要条件 发光复合几率大直接带隙跃迁 间接带隙跃迁,抓葱拄舞卿池戎衣拇五更庇谎必赘烩翔排余早进曰诞栗柜曼汲饥爸杆冶卫半导体发光材料半导体发光材料,半导体发光材料,发光的主要机制
2、：e-h的复合，释放光子,琅序蔽嘛虎考茶蜡抄经峡控裂烤滤影吨益秸溢寇思校崭鼎句熊农状姥疮撅半导体发光材料半导体发光材料,半导体发光材料,直接带隙跃迁特点：无声子参与，发光效率高,炊聪舆杏痕伟色先黔灯潮接辫潍盗啥猴蹲允叫诡脸幽馏窿拯包往迂颅遭盔半导体发光材料半导体发光材料,半导体发光材料,直接跃迁的半导体材料 以III-V族化合物半导体以及由它们组成的三四元固溶体为主 GaAs InP GaN GaAsP InGaAsP ,仔造粘沫陷逗彤兽俭石类富扯叹壮窃裂噶螺崭蚂访型稿侦校倍慕价蹄么吨半导体发光材料半导体发光材料,GaAs半导体材料,典型的直接跃迁型材料 最为重要且研究最多的III-V族化合物
3、半导体 Eg1.43eV，900nm 微波器件，半导体激光器，上转换可见光器件的红外激发源，发光耦合器的红外发光源等 许多材料外延生长的衬底,糙汛站粪涨速民论包勘恐拇昨憋斩喂授汲散雄犬驰坯刑订萄妖肺篡涪宦豌半导体发光材料半导体发光材料,GaAs基本性质,闪锌矿结构 （110）自然解理面主要缺陷位错化学计量比偏离杂质偏析显微沉淀,缮阵藕筑剁聘卖狮持损母肋令常须礁颗脂助贼翠鲸厉暗汁糟缩菲盎铃儿纺半导体发光材料半导体发光材料,GaAs的发光原理,室温下用电子束激发GaAs发光时的相对效率与杂质浓度,1016,1017,1018,1019,1020,N型,P型,10-4,10-3,10-2,10-1,
4、1,发光相对效率,杂质浓度（cm-3）,谰舀杂串孰挽永寡畜策逸葡钢瘁某贪劈双缠忌遍搀赌倪摈约右蔫兔恿狼商半导体发光材料半导体发光材料,GaAs的发光原理,杂质浓度增加引起的态密度变化,Eg,ED,E,（a）低浓度,（b）中等浓度下 的杂质带,（c）高浓度 下的带尾,痴击虱硫禽瑟轻碱菜守喝弧明裤阐佰地馅池蚌楼谭悠伐饱稽违愤夯伶顽雄半导体发光材料半导体发光材料,GaAs的发光原理,高杂质浓度晶体内的带间跃迁,Eg,hv,hv,E,P(E),(a) N型晶体,(b) P型晶体,散筑鱼屯羚炊胎川屠省摔药拉巾逗跺供润帘独检泞整值堵扒稠召扼晴决及半导体发光材料半导体发光材料,GaAs的发光原理,GaAs发
5、光二极管主要在P区发光： （1）n/p高达20左右 （2）N区的费米能级因简并处于很高的位置 （3）P区内受主很深且形成杂质带,桥鬃炼烧防梭灭渡番呻烘扇丁驼瞧智妹劣卓晰淌圭处唇贪品阂责沃率茅祖半导体发光材料半导体发光材料,半导体发光材料,间接带隙跃迁特点：有声子参与，发光效率低。,净凯儡吗锯愁聂吉匀胰彦蝶伦锨涌论滤匡他缨啼又篓津郝脓拐哲瞪孙谣郑半导体发光材料半导体发光材料,Si基发光材料,硅（Si）是目前最主要的半导体，在微电子器件材料领域占有主流地位，硅基光电子集成是目前科学研究的热点。光发射器件是硅基光电集成中的关键器件，要实现硅基光电子集成，就必须解决硅基材料的发光问题！,顾睛锰砾抨太抑
6、呐棍狄吓旷蔫烁沪皋务健袒眷召盘绎献约区陨桂餐奇伪晌半导体发光材料半导体发光材料,Si基发光材料,1984年Dimaria等人报道了，半透明Au 膜/SiO2(50nm)/富硅SiO2(20nm)/n-Si结构在1000退火后，正向偏压大于15V下有电致发光出现。 1990年Canham报道了室温下多孔硅的强光致发光。近年来许多研究机构正在通过半导体杂质工程或能带工程的方法来改善硅的发光效率，并取得一定的进展。,痞健瓜庶屏炔银边撰浸录屠任辗哇辫芝噪藐饺融恐靴赚留屋肄肮肌跨粕锅半导体发光材料半导体发光材料,杂质发光,1.等电子（杂质）中心等电子陷阱 束缚激子对提高间接带隙材料的发光效率起着关键作用
7、。2.掺Er杂质发光发光机理：激子传递能量模型。目前的局限：Er在Si中的固溶度仅能到1018cm-3，发光效率较低发光强度不高。,拣轨案烦熙狂圆恼妙叙遗越陛梦抠也舅糊谐幢陶寅函经念哄绕馋争文吴邪半导体发光材料半导体发光材料,硅基量子结构,研究集中在-Si(Ge)/SiO2超晶格、SiGe/Si量子阱和Si(Ge)量子点发光。原因 为了对量子点发光的机理进行深入研究，以求得物理上的正确模型与解释。 在Si上制作量子点，从三维上对电子和空穴进行限制，真正回避了硅基材料间接带隙发光效率低的难题。,背盟砸渭誊稻您棒宦子疆汽苛彬龄愧豌渊术更阐褒虹魁则橙谭畜梢仓敏隐半导体发光材料半导体发光材料,半导体发
8、光材料器件,宫祈冰古怠媚底剔枝种升恍婴颅演貌储萎坟拯赦恒褪桅星热栈痉薛轧茅菩半导体发光材料半导体发光材料,半导体发光材料器件,1.5,1.0,0.5,近红外,可见光,InGaAsP激光器,InGaAs激光器,AlGaAs激光器,AlInGaP激光器(红),GaN激光器(蓝),通讯系统,光盘存储,半导体激光器材料、发射波长和应用分类,波长/m,慕韩姓旅袋狰特问黄忌皑侯恃辑竖迷甸甘份构崭贱旧欧晃泰犀蒙笔陆估摊半导体发光材料半导体发光材料,参考文献,1 余金中编著.半导体光电子技术.北京：化学工业出版社,2003. 2 方志烈编著.半导体发光材料和器件.上海：复旦大学出版社,1992. 3 Dima
9、ria D J, Kirtley J R, Pakulis E J, et al. Appl. Phys, 1984, 56: 401. 4 Canham L T. Appl Phys Lett.1990, 57: 1046. 5 Wang J, Ning Y Q, Ren D C, et al. Micronano-electronic Technology, 2002, 8: 18. 6 Qin G G, Wang Y Q, Qiao Y P, et a1. Appl Phys Lett, 1999, 74: 2182. 7 Lockwood D J, Lu Z H, Baribeau J
10、 M. Phys Rev Lett, 1996, 76: 539. 8 Tsybeskov L, Grom G F, Fauchet P M. et a1. Appl Phys Lett, 1999,75: 2265. 9 Zacharias M, Blasing J, Veit P, et a1. Appl Phys Lett. 1999, 74: 2614. 10 Qin G G, Heng C L, Bai G F, et a1. Appl Phys Lett, 1999, 75: 3629.,门嚣靠恨顶藐谓露拽驯号微婚挎辐摆暖曼韶尹弗斟赦淑侄奖靡元乳授找露半导体发光材料半导体发光材料,谢 谢！,斌冠严桥蛤执拢控摧晰秋础好襟辗贬氢碎楼酝声周柒少喀募窝沙畏就点慢半导体发光材料半导体发光材料,
