科学出版社：《半导体材料》课程教学资源（PPT课件）第六章 二元Ⅲ-Ⅴ族化合物的制备及其特征

二元ⅢV族化合物的制备及其特征 6-1Ⅲ-V族化合物半导体的特性

二元Ⅲ-Ⅴ族化合物的制备及其特征 6-1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的特性

6-1-1ⅢV族化合物半导体的晶体结构 回忆 硅的晶体结构;如何形成 Ⅲ-V族化合物半导体 闪锌矿结构 两套面心立方格子沿体对角线移动14长度套 构而成

❖ 回忆: 硅的晶体结构;如何形成 6-1-1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的晶体结构 ❖Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体: 闪锌矿结构 ❖ 两套面心立方格子沿体对角线移动1/4长度套 构而成

闪锌矿结构 立方晶系 GaAs 面心立方格子

闪锌矿结构 立方晶系 面心立方格子 GaAs

纤锌矿晶体结构 六方晶系 简单六方格子 120° GaN. inN. Bn 60°

纤锌矿晶体结构 六方晶系 简单六方格子 GaN,InN,BN

6-12ⅢV族化合物半导体的能带结构 1GaAs的能带结构 锗和硅的能带结构 Eg=0. 66ev 1.5eV 0. Se\ 0.86eV 0.044ev .28eV k=(1/2,1/2,12)k=(000 k=(100) k=(1/2,12,1/2)k=(000 k=(100) 轴 轴 Ge Si 112eV Ge 0.67eV

6-1-2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 锗和硅的能带结构 Si 1.12 eV Ge 0.67 eV 1.GaAs的能带结构

Ⅲ族化合物半导体 GaAs 1 eV 036eV Eg=1.52ev 035eV k=(12,12,l/2)k=(0k=(100 GaAs

❖III-V族化合物半导体 GaAs 1.43 eV

GaAs能带结构与Si、Ge能带结构 相比,特点如下 1.GaAs的导带极小值与价带极大值都在K=0,这 种能带结构叫做直接跃迁型;而Si、Ge的极大和 极小值所在的K值不同,这种能带结构叫做间接跃 迁型。 2.GaAs在方向上具有双能谷能带结构,即 除k=0处有极小值外,在方向边缘上存在 另一个导带极小值,比中心极小值仅高0.36eV。因 此电子具有主次两个能谷。 3.GaAs的最高工作温度450°硅:250°C锗:100°

GaAs 能带结构与Si、 Ge 能带结构 相比，特点如下： ❖ 1. GaAs 的导带极小值与价带极大值都在K＝0，这 种能带结构叫做直接跃迁型；而Si、 Ge 的极大和 极小值所在的K值不同，这种能带结构叫做间接跃 迁型。 ❖ 2. GaAs 在方向上具有双能谷能带结构，即 除k＝0处有极小值外，在方向边缘上存在 另一个导带极小值，比中心极小值仅高0.36eV。因 此电子具有主次两个能谷。 ❖ 3. GaAs的最高工作温度450℃.硅:250℃ 锗:100℃

2.GaP的能带结构 GaP间接跃迁型材料 发光效率比直接跃迁型材料低 但是如果某些杂质在GaP中可形成发光的辐射 复合中心使GaP从间接跃迁到直接跃迁转化 发光效率会提高

❖ GaP间接跃迁型材料 发光效率比直接跃迁型材料低 但是如果某些杂质在GaP中可形成发光的辐射 复合中心,使GaP从间接跃迁到直接跃迁转化, 发光效率会提高. 2.GaP的能带结构

在半导体中,电子和空穴可以是自由运动的,也 可以是被束缚的。 电子由价带激发到导带,就形成自由的电子和空穴 电子由价带激发到导带下面的一个激发态而未到达 导带的时候,电子将被束缚在空穴的库仑场中,又 不与空穴复合而形成激子。 激子:电子与空穴间的库伦引力使两者处于束缚状 态,这种被束缚的电子空穴对就叫激子

❖ 在半导体中，电子和空穴可以是自由运动的，也 可以是被束缚的。 ❖ 电子由价带激发到导带，就形成自由的电子和空穴 ❖ 电子由价带激发到导带下面的一个激发态而未到达 导带的时候，电子将被束缚在空穴的库仑场中，又 不与空穴复合而形成激子。 ❖ 激子：电子与空穴间的库伦引力使两者处于束缚状 态，这种被束缚的电子空穴对就叫激子

今(补充)等电子杂质指与点阵中被替代的原子处于周期 中同一的其他原子。 GaP中取代P位的N或Bi 子 箬电子杂质本身史性但由与被的原子 作暗有主的杂质势,可以停电子)称为等电 通常电 负性大的等电子杂质形成电子束缚态,反之形 成空天束莓态 电子俘获中心也可称为“电子陷阱”空穴俘获中心可 称为“空穴陷阱”它们都应是禁带中的深能级。 半导体中某些处于最近邻的施主-受主对,例如GaP 中的znO对及Cd-Q对(尽管这些不是等电子杂质 际上类似于晶体中的中 性 子。它们也以短程作用 束缚电子,构成等电子陷阱

❖ (补充)等电子杂质指与点阵中被替代的原子处于周期表 中同一族的其他原子。例如 GaP中取代P位的N或Bi原 子。 ❖ 等电子杂质本身是电中性的,但由于它与被替代的原子 有不同的电负性和原子半径，这些差异会产生以短程 作用为主的杂质势，可以俘获电子(或空穴),称为等电 子陷阱。 ❖ 通常电负性大的等电子杂质形成电子束缚态，反之形 成空穴束缚态。 ❖ 电子俘获中心也可称为“电子陷阱” ,空穴俘获中心可 称为“空穴陷阱” .它们都应是禁带中的深能级。 ❖ 半导体中某些处于最近邻的施主－受主对，例如GaP 中的Zn-O对及Cd－O对(尽管这些不是等电子杂质)， 实际上类似于晶体中的中性分子。它们也以短程作用 束缚电子，构成等电子陷阱