半导体物理学简明教程陈治明6单元异质结教程.pptVIP

6.2.3 光伏特性 与pn同质结相比，pn异质结因为结两侧材料的禁带宽度不同而对阳光有更广的光谱响应和利用。 利用异质结的宽光谱特点还可以做成由两个以上pn异质结叠加在一起的叠层电池，按材料禁带宽度由宽到窄的顺序从外向内串叠在一起，分别吸收短波光和长波光，从而达到充分利用太阳光谱的目的。 设计单晶叠层电池的关键是两个串联电池的结合部。串联使两个pn结之间的np结成为一个反向结，它会阻挡光生载流子的运动，并产生反向电压，降低光生电动势。 异质结的光谱响应主要集中在与Eg1和 Eg2相当的光子能量之间的范围，在此范围之外的光谱响应很小。这就是异质结的“窗口效应”，窗口大小由两种材料的禁带宽度之差决定。 III-V族叠层电池结构 6.2.4 异质结的应用 由于构成异质结的两种半导体在禁带宽度、介电常数、折射率和吸收系数等物理参数上有所不同，异质结将表现出许多不同于同质结的性质。因此，利用异质结制作电子元器件受到高度重视。实践效果表明，利用异质结制作的晶体管、激光器、LED、光电探测器和应变传感器等，比用同质结制作的同类元件性能优越得多。 就半导体激光器而言，应用异质结的优势在于可以用宽禁带材料禁锢注入载流子以提高注入效率和增益，同时也发挥其窗口作用而减少激光损耗。此外，异质结材料折射率的差异也可利用来增强反射而实现对辐射光的禁锢，使阈值电流降低。 1 单异质结激光器 GaAs的特点: n型和p型的禁带宽度不同,p型为1.4eV, n型为1.42eV;折射率不同, p型GaAs的折射率约为3.60,略大于n型GaAs的折射率3.59. AlxGa1-x As的特点:铝镓砷比砷化镓具有较宽的禁带和较小的折射率, 并且禁带宽度和折射率都随混晶比x变化, Eg的变化规律为1.424+1.27x ;折射率随 Al组分的增加而减小,最大值3.55亦小于GaAs GaAs单异质结激光器于1969年问世，是用液相外延法在n-GaAs衬底上外延生长p-AlGaAs制成的。 在进行AlGaAs液相外延的同时，熔体中的p型掺杂剂Zn通过原子扩散进入n-GaAs衬底的表面，通过杂质补偿形成GaAs同质pn结，构成p-AlGaAs/p-GaAs/n-GaAs的三层结构，分别称为限制层、有源层和注入层 。 1 单异质结激光器 p+-AlxGa1-xAs p-GaAs n-GaAs Eg=1.55，n=3.55 Eg=1.40，n=3.60 Eg=1.42，n=3.59 2 双异质结(DH)激光器 Eg=1.55，n=3.55 Eg=1.40，n=3.60 Eg=1.42，n=3.59 p+-AlxGa1-xAs p-GaAs n-AlxGa1-xAs n-GaAs Eg=1.55，n=3.55 n-AlGaAs 起注入层的作用,在正偏压下向有源层p-GaAs注入额外电子; p-AlGaAs限制层因禁带较宽而形成电子势垒,将注入电子限制在有源层内, 使其电子密度增高,提高激光器的增益。同时,n-A1GaAs与p-GaAs之间的空穴势垒还可避免有源区的空穴反注入对电子注入效率的影响 6.3 半导体量子阱和超晶格 量子阱和超晶格都是利用禁带宽度不同的两种材料构成“背靠背”异质结，形成类似于双异质结那样的载流子势阱，对载流子的运动形成低维约束，使其能量状态产生新的量子化。 如果用两种晶格常数非常匹配但禁带宽度不同的材料A和B，以薄层的形式周期性地交替生长在一起，则其中的电子沿薄层生长方向z的连续能带将会分裂为一些子能带。 在量子力学中，能够对电子的运动产生某种约束并使其能量量子化的势场，被称为量子阱。 用两种禁带宽度不同的材料A和B构成两个距离很近的背靠背异质结B/A/B,若材料A是窄禁带半导体,且其导带底低于材料B的导带底，则当其厚度，亦即这两个背靠背异质结的距离小于电子的平均自由程(约100nm）时，电子即被约束在材料A中，形成以材料B为电子势垒、材料A为电子势阱的量子阱。 若材料A还在价带顶上高于材料B，则该结构同时也是以材料B为空穴势垒、材料A为空穴势阱的量子阱。 6.4.1 半导体量子阱 半导体量子阱 (a)、多量子阱 (b) 及超晶格 (c) 结构示意图 6.4.2 半导体超晶格 半导体超晶格是指由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构，而其薄层厚度的周期小于电子的平均自由程的人造材料。分为成分超晶格和掺杂超晶格。前者周期性改变薄层的成分；后者周期性改变同一成分的各薄层中的掺杂类型。 在线教务辅导网： 更多课程配套课件资源请访问在线教务辅导网 馋死 PPT研究院 POWERPOINT ACADEMY * * * * 尚辅网 / 尚辅网