电子科技大学：《半导体光电子学 Semiconductor Optoelectronics》课程教学资源（课件讲稿）第一章 半导体物理基础

第一章半导体物理基础 固体的分类：晶体、非晶体、准晶体 晶体一原子按一定的周期排列规则的固体（长程有序） 天然的岩盐、水晶、半导体锗、硅单晶.… 铁铜铝等金属.… 规则外形 单晶体 由一个核心 生长而成 固定熔点 长程有序 各向异性 多晶体→有许多不同位相的小晶粒组成

固体的分类： 、非晶体、准晶体 晶体 —— 原子按一定的周期排列规则的固体(长程有序) 天然的岩盐、水晶、半导体锗、硅单晶…… 第一章 半导体物理基础 长程有序    单晶体 多晶体    规则外形 固定熔点 各向异性 有许多不同位相的小晶粒组成 由一个核心 生长而成 铁铜铝等金属……

第一章半导体物理基础 常见光 学材料 迁移率 晶体 热胀系数 能带 族 晶体 A(A) E(eV) (cm2/V-s) 结构 (1060C) 类型 Eo x(ev) 电子 空穴 D 5.931 2.33 1.11 间接 1350 4800 12.0 4.01 Ge D 5.658 5.75 0.66 间接 3600 1800 16.0 4.13 I-V AlAs ZB 5.661 5.2 2.15 间接 280 10.1 AlSb 5.136 3.7 1.6 间接 900 400 10.3 3.6 GaP ZB 5.451 5.3 2.25 间接 300 150 8.4 3.0～4.0 GaAs ZB 5.654 5.8 1.43 直接 8000 300 11.5 3.63-4.07 GaSb ZB 6.095 6.9 0.68 直接 5000 1000 14.8 4.06 InP ZB 5.869 4.5 1.27 直接 4500 100 12.1 4.40 InAs 6.058 5.3 0.36 直接 30000 450 12.5 4.90 InSb B 6.479 4.9 0.17 直接 80000 450 15.9 4.59 Ⅱ-VI ZnS WZ 3.814 6.2～6.5 3.58 直接 140 5 8.3 3.9 ZnSe ZB 5.667 7.0 2.67 直接 530 9.1 4.09 ZB 6.103 8.2 2.26 直接 530 130 10.1 3.53 Cds wZ 4.137 4.0 2.42 直接 350 15 10.3 4.04.79 CdSe WZ 4.298 4.8 1.7 直接 650 10.6 3.93-4.95 CdTe ZB 6.477 1.45 直接 1050 90 9.6 4.28 D: 金刚石结构，ZB: 闪锌矿结构，WZ: 纤维矿结构

第一章 半导体物理基础 常见光 学材料

第一章半导体物理基础 除此之外 半导体固溶体材料 草得 1.二元合金 迁移率 晶体 热胀系数 能带 族 晶体 A(A) E(ev) (cm2/V-s) v(ev) Ge,Si1-x 化合物 编号 固溶体 直接带隙宽度E。(eV) 间接带隙宽度E,(eV) E E 2.三元固溶体 Si Al,In-P 1.351+2.23x Ge 1.424+1.247x I-V (0<x<0.45) A.B1-C AlAs 2 Al Ga-As 1.424+1.247x+1.147(x-0.45)2 1.900+0.125 AISb (0.45<x<1.0) x+0.143x2 1.708+0.642x AC D1-x GaP 3 Al,In-As 0.360+2.012x+0.698x2 GaAs 4 Al,Ga-Sb 0.726+1.129x+0.368x2 1.020+0.492 0.799+0.746x GaSb x+0.077x2 +0.334x2 ALxGa1-xAs 5 InP Al,In-Sb 0.172+1.621x+0.43x2 6 Ga,In-P 1.351+0.643x+0.786x2 InAs 7 Ga In-As 0.360+1.064x 3.四元固溶体 InSb 8 Ga,InSb 0.172+0.139x+0.415x2 II-VI ZnS 9 GaP ASI= 1.424+1.150x+0.176x2 AxB1-C,D1- ZnSe 10 GaP Sb 0.726-0.502x+1.2x2 ZnTe 11 InP,AS= 0.360+0.891x+0.101x2 Cds 12 InAs,Sbi-x 0.18-0.41x+0.58x2 GaxIn1-xPyAS1-y CdSe WZ 4.298 4.8 1.7 直接 650 10.6 3.934.95 CdTe ZB 6.477 1.45 直接 1050 90 9.6 4.28 D: 金刚石结构，ZB:闪锌矿结构，WZ:纤维矿结构 (Al:Ga1-x)yIni-P,ASi-y

第一章 半导体物理基础 常见光 学材料 除此之外 半导体固溶体材料 2.三元固溶体 AxB1-xC ACxD1-x 3.四元固溶体 AxB1-xCyD1-y 1.二元合金 GexSi1-x ALxGa1-xAs GaxIn1-xPyAs1-y (AlxGa1-x)yIn1-yPyAs1-y

第一章半导体物理基础 常见光学材料 的晶体结构 迁移率 晶体 热胀系数 能带 族 晶体 结构 A(A) (cm2/V-s) (10C) E (ev) 类型 80 x(ev) 电子 空穴 Si D 5.931 2.33 1.11 间接 1350 4800 12.0 4.01 IV Ge D 5.658 5.75 0.66 间接 3600 1800 16.0 4.13 III-V AlAs ZB 5.661 5.2 2.15 间接 280 10.1 AlSb ZB 5.136 3.7 1.6 间接 900 400 10.3 3.6 GaP ZB 5.451 5.3 2.25 间接 300 150 8.4 3.04.0 GaAs ZB 5.654 5.8 1.43 直接 8000 300 11.5 3.634.07 GaSb ZB 6.095 6.9 0.68 直接 5000 1000 14.8 4.06 InP ZB 5.869 4.5 1.27 直接 4500 100 12.1 4.40 InAs ZB 6.058 5.3 0.36 直接 30000 450 12.5 4.90 InSb ZB 6.479 4.9 0.17 直接 80000 450 15.9 4.59 Ⅱ-VI ZnS WZ 3.814 6.2～6.5 3.58 直接 140 5 8.3 3.9 ZnSe ZB 5.667 7.0 2.67 直接 530 28 9.1 4.09 ZnTe ZB 6.103 8.2 2.26 直接 530 130 10.1 3.53 Cds WZ 4.137 4.0 2.42 直接 350 15 10.3 4.0～4.79 CdSe WZ 4.298 4.8 1.7 直接 650 10.6 3.934.95 CdTe ZB 6.477 1.45 直接 1050 90 9.6 4.28 D: 金刚石结构， ZB: 闪锌矿结构，WZ: 纤维矿结构 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 第一章 半导体物理基础 常见光学材料 的晶体结构

空间点 第一章半导体物理基础 阵 常见光学材料 的晶体结构 半导体 迁移率 周期结构 品体 品像 热联系数 晶体的 为型 xleV) 晶体 定义 的性质 对应 特构 10CO0 电予究 37 5951 233 110 居 1350 400120 401 晶胞 D 565R 575 066 间接 3600 1800 160 413 4 M-V B 5 213 何楼 20 5.136 3 接 40 I@3 36 31 语 30-40 直 0 周期性→对称性→七大晶系 .u5 6.9 接 100 40 569 直楼 4900 1 12 0 53 Q36 直接 30 45知 5 490 InSb 6479 8000 4 6 65 直接 1 267 0 4 530 40 2 30 5 40 4四 429N 14种布拉 直按 393-4 6427 45 直 1050 0 28 菲格子 简单格子→复试格子 金石构，ZB 矿结构，WZ:柯 对应 原胞 晶格常数a、b、c Cubic 系划分的依据： 是否相等 夹角a、 Hexahonal ↓Trigonal Tetragonal 立方 简单simple、体心body-centered、面心 四方 ,简单、体心 六方 ,简单 共14种布拉菲格子 七大晶系 三方 ,简单 Monoclinic Triclinic 正交 简单、底心、 体心、面心face-centered 单斜 简单、底心base-centered 三斜 简单 Orthorhomic

第一章 半导体物理基础 半导体 晶体 周期性 晶体的 定义 14种布拉 菲格子 对称性 周期结构 的性质 七大晶系 简单格子 复试格子 对应 原胞 对应 晶胞 空间点 阵

Unit cell Lattice Space-filling unit cell Example a) Polonium metal Simple cubic b) Uranium metal Body-centered cubic c) Gold metal Face-centered cubic 立方晶系的三种布拉菲格子的堆积方式

立方晶系的三种布拉菲格子的堆积方式

第一章半导体物理基础 原胞和晶胞？ 晶格常数？ 晶面指数？ 晶向指数？

第一章 半导体物理基础 a1 a2 a3 a b c 原胞和晶胞？ 晶格常数？ 晶面指数？ 晶向指数？

第一章半导体物理基础 一金刚石结构 Carbon1 Carbon2 金刚石晶体中的四面体金刚石的晶体结构示意图 XCH001008

第一章 半导体物理基础 ——金刚石结构

第一章半导体物理基础 闪锌矿结构 ZnS 纤锌矿结构 Zn ⊙BeN XCH00104401

第一章 半导体物理基础 闪锌矿结构 ZnS 纤锌矿结构

第一章半导体物理基础 常见光学半 导体的能带 信息 迁移率 晶体 热胀系数 族 晶体 能带 A(A) (cm2/V-s) 结构 (106C) E(ev) 类型 Eo x(ev) 电子 空穴 D 5.931 2.33 1.11 间接 1350 4800 12.0 4.01 IV Ge D 5.658 5.75 0.66 间接 3600 1800 16.0 4.13 III-V AlAs ZB 5.661 5.2 2.15 间接 280 10.1 AlSb ZB 5.136 3.7 1.6 间接 900 400 10.3 3.6 GaP ZB 5.451 5.3 2.25 间接 300 150 8.4 3.0～4.0 GaAs ZB 5.654 5.8 1.43 直接 8000 300 11.5 3.63-4.07 GaSb ZB 6.095 6.9 0.68 直接 5000 1000 14.8 4.06 InP ZB 5.869 4.5 1.27 直接 4500 100 12.1 4.40 InAs ZB 6.058 5.3 0.36 直接 30000 450 12.5 4.90 InSb ZB 6.479 4.9 0.17 直接 80000 450 15.9 4.59 II-VI ZnS WZ 3.814 6.2～6.5 3.58 直接 140 8.3 3.9 ZnSe ZB 5.667 7.0 2.67 直接 530 2 9.1 4.09 ZnTe ZB 6.103 8.2 2.26 直接 530 0 10.1 3.53 Cds WZ 4.137 4.0 2.42 直接 350 15 10.3 4.04.79 CdSe WZ 4.298 4.8 1.7 直接 650 10.6 3.934.95 CdTe ZB 6.477 1.45 直接 1050 90 9.6 4.28 D: 金刚石结构，ZB: 闪锌矿结构，WZ: 纤维矿结构

第一章 半导体物理基础 常见光学半 导体的能带 信息