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1、第一章准费米能级：非平衡态的电子与空穴各n处于 热平衡态一准平衡态，可以定义Ez E分别为电子和空 穴的准费米能级，细致平衡原理：在榆态下.各种能级上的电子和空穴 数目成该保持不变。间接复合的四个过程：a：电子被夏合中心俘获：b： 夏合中心上的电子激发到导带：c：空穴被复合中心俘 获：d空穴的产生PN结空间电荷区的形成过程：栽流子的扩散和源移当N型和P型材料接触时，在P型中的空穴向N型一 边扩散，在N型中的电子向P型区扩豚 由于电子和 空穴的扩散，在互相靠近的N侧和P侧分刈出现了没 有载流子补偿的，固定的施主离子和受主离子一空间 电荷。空间电荷建立了一个电场一空间电荷区电场.也叫内建电场：内建
2、电场沿着抵消裁流子扩散趋势的 方向.它使载流子向与扩散运动相反的方向漂移。在 热平衡时.载流子的漂移运动和扩散运动达到动态相 平衡.使得净载流子流为零。站果.建立一个确定的 空间电荷区。肖特基势垒的形成过程：电子将从半导体渡越到金俱. 使半导体表而出现未被补偿的高化瓶主的正电荷，金 属表面则积翼负电荷，同时二者的费米能级拉平。金 属表面的负电荷是多余出来的导电电子，占据很薄一 层。半导体中施主浓度比金属中电子浓度低几个数珀 级.所以半导体中的正电荷占据较冲的典层，在半导 体表面形成空间电荷层。欧姆接触：定义为这样,种接触，它在所使用的站构 上不会添加较大的寄生阻抗.且不足以改变半导体内 的平衡
3、裁流子浓度使器件特性受到影响。异质结定义：由两种基本物理参数（如禁带宽度）不 同的半导体单晶材料组成的站。异质结的特性：1）异质结的高注入比：（2）异质结 的超注入现象：（3）异质结对我流子和光的限制：（4 异质结的“窗口效应”异质结的窗口效应广两种半导体在起形成异质结时. 由于禁带宽度不同.对光波的吸收波长也不同即光 响应不叫 只有在光子能呈处于EglhvEg2的区域 时异质结才有光响应（光子穿透宽带材料而被窄带材 料吸收.产生光电流），这一区域之外光响成很小，这 就是所谓的异质结的窗口效应。量子阱，两个靠得足够近的相向异质结可以构成理想 的矩形势阱，当阱宽可以和电子的德布罗意波长相比. 而
4、势垒的宽度较大，使两个相邻势阱中的电子波函数 不能互相耦合（不发生交彼.即形成量子阱 超晶格：由两种或两种以上性质不I可的薄膜相互交替 生长而形成的多层结构的晶体。-般其周期长度要比 各薄膜单品的晶格常数大几倍或更多。量子阱和超晶格的异同多量子阱：势垒足够川和高时相邻势阱中的电子波 函数不发生交鑫电子行为如同单个阱中电子行为的简 单总和。适合制作低阂值，军谱线的发光器件。超晶格：势垒比较薄和高度比较低时，由于隧道共振 效应使阱中的电子隧穿势垒.势阱中分立的电子能级 形成r子能带。适合制作大功率的发光器件。第二章 外延生长：在经过仔细加工的晶体衬底的 表而上.在一定的条件下如温度、真空、气流等）
5、, 某些物质的原子或分于会依照一定的晶向和结构在村 底止规则地排列，形成新的一层单晶层，其晶休的取 向和结构会类同于原衬底.这个单晶层称之为外延层. 这种生长外延层的技术称之为外延生长。1BE系统的主要特点：预处理室和生长室都是超高 真空.通常预处理室的真空度10-7Pa.生长室的真空 度10-SPa：生长所用的源为固态或气态的原子、分 子.且为高纯的：生长速率缓慢可控.可实现单原子 层外延生长，可实现各种超品格、量子结构：生长过 程中可实现实时控制，采用RHEED （反射高能电子衍 射仪、俄做电子能谱仪等.能够实时地测量外延层的 生长情况、原子再构、晶体质房、组分分布等.适合 生长机理的分析
6、和研究：纯度、组分分布、掺杂分布 可控.可获得高纯度、均匀组分、突变组分或渗杂的各 类异质结构：晶体完整性最好.可消除各类缺陷，如 单晶锭生长中的深能级EZ等，外延层的位错密度可以 低于衬成的位带密度：MBE的实验设务鹿大.价格 昂贵.操作复杂，耗费原料.适宜于研究工作.不太 适宜于大批区生产。MBE外延生长机理：分子束外延生长是加热的组元的 原子束或分子束入射到加热的衬底表面,与衬牒表而进 行反成的过程，它是从气相到凝聚相，再通过一系列 表而过程的最终结果。MOCVD系统的主要特点：生长所用的源都为气体. 对于in族或n族源来说.采用它们的金属有机物气体. 对于V族或VI族来说，则采用它们的
7、烷类气体：生 长室为常压或低压,无需超高真空：生长温度不太高 500 -700 D,生长速率较快.可实现各种超品格、 量子结构：纯度、组分分布、掺杂分布可控，可伏得 高纯度、均匀组分、突变组分或拶杂的各类异质结构: 晶体完整性好.可消除各类缺陷：生长过程中由计 算机预先设计好的程序控制.可控性好，但不能进行实 时监测：生长快，生长速度可以高达um/min.片数 多.可同时生长许多片.重复性好，适宜于大批量生产: MOCVD的实验设备比较昂贵.所用的源气体的毒性 很大，需要特别注意安全防护措施。MOCVD生长过程的主要阶段，反应物气体混合物 输运到外延生长区:（2）反应物分子通过扩做，穿过边 界
8、层到达衬牒表而：（3）吸附分子间或吸附物与气体分 子间发生化学反应生成晶体原子和气体副产物：（4）生 成的晶体原子沿衬底表面扩散到衬成表而上晶格的扭 曲或台阶处结合进晶体点阵：（5）副产物从表而脱附扩 散穿过边弃层进入主气流中被排出系统 光刻技术：是通过类似照相的曝光技术或电子束扫描、 X光曝光等手段，将己经设计好的器件图案转移至半导 体衬底或外延片上刻蚀技术：是通过化学腐蚀（湿法刻蚀）或离子溅射、 离子或等离子刻蚀（干法刻蚀）将光刻形成的图案变成 半导体衬牒和外延片自身的立体图形。第三章 槌射K合，在复合过和中旧名余的能量可 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。非辐射
9、复合：在夏含过程中电子的多余能呈也可以以 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。辐射复合的5种主要形式：浅能级和主带的复介：施 主D.受主A对夏合：通过深能级的复合：激子复合： 等电子陷阱复合。等电子陷阱：由等电子杂质代替晶格基质原子而产生 的束缚态俄歌复合，电子和空穴复含时，把多余的能珀传递给 第三个裁流子,使它在导带或价带内部激发。第三个载 流子在能带的连续态中做多声子发射跃迁，来耗做多余 的能量而回到初始状态。LED的发光过程：当正向偏乐加于PN站的两端时， 栽流于注入穿越PN沽.使得载流于浓度超过热平衡 值.形成过址裁流子。过珀载流子复含，能珀以热（声 子）或光（光
10、子）的形式释放。外量子效率：为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 子数与注入载流子的数目之比。减少材料吸收而产生的损失采取的措施：（1）要有即 的窗口层（WindowLayer）或电流分布层使电流能均匀 分布并增大表面透过率：（2）用电流局限（Current Blocking）技术使电流不在接触区域下ifi过：（3）用透 明、不吸收光材料作衬底（SuMtrme）或者在活性层下 设置反射镜将光反射至表面。增加光取出效率的方法【1.增加内部眼子效率：用最佳 活性层谶子阱作活性层就可以增加发光效率：用光1 循环（PhotonRec
11、ycling）的方法.希望放出的光在内 循坏中不被吸收而再放出。（光子循坏是自发的光没有 被吸收而被活性层吸收再变成裁流子.这样可以节省电 流、增加效率）：改进材料的质量、减少缺陷.尤其是 位错等。2.改进内部结构：改善电流分布：电流局限层: 透明沉底或反射洗3.改变表面结构及外形:半圆形球 面：表而织状纳构或粗糙面：凡何形状改变的结构：衬 成上有高反射镜。4.基本站构的改变：光子晶体：超级 发光二极管：谐振腔发光二极管】：提高红光LED效率通常采用的方法：斜边结构：组织 站构的粗槌面：组织粗糙面加斜边：小反射镜LED： 衬成上有金属反射镜。提高芨光及绿光LED效率通常采用的方法：大而积： F
12、C LED：组织粗糙面：几何变形结构：薄膜LED：图 形衬底FC LED （结构如何，为什么要采用倒装技术）l.p-GaN层有限的电导率要求在p-GaN层表面再沉 淀一层电流扩做的金属层。这个电流扩散层由Ni和Au 组成，会吸收部分光，从而降低芯片的出光效率。2. 为减少发射光的吸收，电流扩展层的以度应减少到凡 百纳米。呼度的减少反过来又限制了电流扩故层在 p-GaN层表面均匀和可拳地扩故大电流的能力。例此这 种p型接触结构制约f LED芯片的工作功率。3|甫时 这种结构pn结的热量通过蓝宝石衬底导出去，导热路 径较长.由于蓝宝石的热导系数较金属低，例此.这种 站构的LED芯片热明会较大。4.
13、这种结构的p电极和 引线也会挡住部分光线.所以.这种正装LED芯片的 器件功率、出光效率和热性能均不可能是最优的。FCLED结构：在这种结构中.光从蓝宝石向底取出, 不必从电流扩故层取出。由于不从电流扩故层出光，这 祥不透光的电流扩散层可以加吼 增加Flip dup的电 泠,买I司时这种结构还可以将pn结的热 金属凸点:绐冲.j系数高的硅衬底，散热效果更优：而 且在pn结与p电极之间增tar-个反光层,又消除r 电极和引线的挡光，因此这种结构具有电、光、热等方 面较优的特性。UVLED： 1.为r减少光被吸收.不采 用GaN而用带隙较大的AlGaN： 2.多量子阱下仃缓冲 层及超晶格层以减少成
14、变。白光LED,目前制备白光LED的三种主要方法（1）红、绿、盎（RGB）多芯片组合白光技术：优点: 是显色率高、寿命长由于不需要荧光粉进行波长转换. 发光效率高.恢点:由分羽受单个芯片的性能影响. 其色稳定性较差,由于有电流阳置的何题.常常需要 IC芯片控制，加上其光学方面的设计，其封装雄度较 大.且成本很高,其每一个单元都是普通白光LED的 数倍。（2）单芯片加荧光粉含成日光技术：优点：技 术成本也较低，其色稳定性较好，工艺重复性好。缺 点,紫外光芯片流明效率比较低,蓝光/黄光色相分离效 成、强色温、电流依赖性、绿光和红光分童的缺乏等. 从而导致&色性的不足。（3） MOCVD直接生长女仃
15、源 区的日光LED技术。优点，不需要荧光粉，也不需要 夏杂的控制电路.制备过程也与普通的发光二极管相 似。第四章太阳能发电的独特特点，1.输入的太印光线储能无限，并且免费。2.没有运转部件.可以安静 地生产清洁能源。3.维护简单，容易实现自动化和无 人化，4.与规模大小无关.可按一定的效率发电。太 印能电池的转换效率.与其所利用的装置规模的大小 无关，几乎是恒定的.5.由于是模板结构.易于产生 规模化效益，太阳能电池是以独特的模板结构制造的. 易于大量生产。例此随若需求的扩大.利用连续自动化 制造可以实现低成本化。6.用扩散光也可以发电。7. 光发电是对废弃能源的有效利用。只是把本来放弃的能
16、珀的一部分转变成电能而有效利用起来光生伏打效应的物理过程（能带图），第一、半导体材 料吸收光能产生出非平衡的电子一空穴对：第二、非 平衡电子和空穴从产生处向非均匀势场区运动,这种运 动可以是扩散运动.也可以是深移运动：第三、非平 衡电子和空穴在非均匀势场作用下向相反方向运动而 分离，这种非均匀势场可以是结的空间电荷区，也可以 是金属一半导体的肖特基势垒或异质结势垒等。太阳能电池的输出特性*太阳能电池的损失的影响因 素：L太阳辐射光谱与太阳能电池半导体材料的光吸 收光谱的匹配:2.表面反射损失：3.由光吸收生成的教 流子中，电池的表面或背面电极由于与环境复合造成的 表面夏合损失；4.光生成载流子在半导体的体内复含 形成的体内复合损失；5.太阳能电池供给负荷的电力 在电流流动时从电极到半导体容体内电阻焦耳热的申 朕电阻损失：6.电乐因子损失
