半导体发光材料.pptVIP

第一页，共23页 应用领域： 第二页，共23页 半导体材料的发展历程 一 以锗，硅半导体材料为主 二 以GaAs(砷化镓)、InP(磷化铟）为代表的半导体材料 制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的的优良材料 三 以GaN、SiC为代表的宽禁带半导体材料 更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件 主要用于低压、低频、中功率的晶体管和光电探测器 第三页，共23页 半导体发光 辐射跃迁：半导体材料中的电子由高能态向低能态跃迁时，以光子的形式释放多余的能量，这称为辐射跃迁。辐射跃迁的过程也就是半导体材料的发光过程。跃迁是电子-空穴对复合 激励： 光致发光 电致发光 弛豫：从不稳定到稳定 第四页，共23页 光致发光：价带中基态的电子吸收入射的光子的能量后，跃迁到导带中，成为不稳定的激发态之后与价带中的空穴通过各种过程进行复合而发光。 电致发光：本征式和注入式 第五页，共23页 半导体发光 非辐射跃迁：电子由较高能级跃迁至低能级并不发出电磁辐射，称作非辐射跃迁。 高效率的发光器件需要的辐射寿命远小于非辐射寿命 第六页，共23页 直接带结构半导体 直接带结构：价带顶的能量位置和 导带底的位置相同 直接带隙跃迁 特点：无声子参与，发光效率高 第七页，共23页 直接跃迁的的半导体材料 II-VI族化合物 ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、 CdS、CdSe、CdTe III-V族化合物 GaN、GaAs、GaSb、InP 第八页，共23页 间接带结构半导体 间接带结构：价带顶的能量位置与 导带底的能量位置不同 间接带隙跃迁 特点：有声子参与，发光效率低 间接跃迁的半导体材料 IV族半导体Si、Ge， III-V族化合物中的AlAs、GaP 第九页，共23页 半导体发光二极管 发光原理即注入式电致发光 即当加正向偏置式势垒下降，p 区和n区的多数载流子向对方扩 散。由于电子迁移率比空穴迁移 率大得多，出现大量电子向p区 扩散，构成p区少数载流子的注 入。这些电子与价带上的空穴复 合，复合时得到的能量以光能的 形式释放。 第十页，共23页 半导体激光器 产生激光的必要条件： 1 受激辐射占主导地位 2 粒子数反转分布 3 有光学谐振腔 第十一页，共23页 半导体发光材料的研究现状 阻碍GaN 研究的主要困难之一是缺乏晶格及热胀系数匹配的衬底材料. SiC与GaN晶格匹配较好,失配率仅为3.5％，但SiC价格昂贵. 蓝宝石与GaN有14％的晶格失配,但价格比SiC便宜,而且通过在其上面生长过渡层也能获得高质量的GaN薄膜,因而蓝宝石是氮化镓基材料外延中普遍采用的一种衬底材料 自室温下激光激发ZnO纳米微晶膜观测到紫外激光发射行为以来,ZnO 的激光发射一直是研究的热点,ZnO的蓝带,特别是近紫外激光发射特征,以及相当高的激子结合能(60meV) 和增益系数(300cm- 1 ) ,使其成为重要而优异的蓝、紫外半导体激光材料。目前，人们致力于ZnO单晶的制备。 第十二页，共23页 荧光量子点 半导体材料中，微小晶体通常被称作量子点（quantum dot)。这种量子点可以把电子锁定在一个非常微小的三维空间内，当有一束光照射上去的时候电子会受到激发跳跃到更高的能级。当这些电子回到原来较低的能级的时候，会发射出波长一定的光束。现在量子点被大量地应用在生物学实验室内，帮助研究人员确定生物细胞的结构或活动。 第十三页，共23页 荧光量子点 当量子点被光脉冲照射的时候会产生各种各样的颜色，不太高级的光学显微镜就可以观察到这种彩色光。量子点可以用来追踪药物在体内的活动、或是研究患者体内细胞和组织的结构。量子点可以产生多种颜色的光，光的颜色取决于量子点的尺寸。研究人员已经制造出可以产生超过12种颜色荧光的量子点，而且理论上讲可以产生出更多的颜色。这样，当某个波长的激光对多种量子点进行照射激发的时候，可以同时观察到多个颜色，同时进行多个测量。生物研究中所使用的量子点需要覆盖上一层物质以便可以追踪特定的生物分子，可以应用在医学成像技术中。国外的科学家已经应用量子点标记肿瘤细胞凭借活体成像系统进行相关的研究 第十四页，共23页 Bi掺杂ZnO纳米线的制备 ZnO纳米材料的几种制备方法： 1.热蒸发合成法： 这种方法通常是在高温区，利用高温加热使原材料温度上升而升华为蒸汽，同时通入一定量的载气，利用载气把蒸汽吹到温度较低的冷端，随后气相物质在特定的温度区沉积