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低势垒尖峰情形异质pn结（扩散机制） 加正向偏压V, 通过结的总电流密度 Dn1和Ln1：p区少子电子的扩散系数和扩散长度 Dp2和Lp2：n区少子空穴的扩散系数和扩散长度 n10：p区少子浓度 p20：n区少子浓度 第三十一页，共63页 由n区注入p区的电子扩散电流密度 由p区注入n区的空穴扩散电流密度 n20：n区多子浓度 p10：p区多子浓度 第三十二页，共63页 若n20和p10在同一数量级，则 对窄禁带p型和宽禁带n型的异质结 ?EC, ?EV0, 且kT ? Jn Jp 第三十三页，共63页 高势垒尖峰情形异质pn结（发射机制） 由n区注入p区的电子电流密度 由p区注入n区的电子电流密度 正向偏压时 第三十四页，共63页 若m1*=m2*, 则总电子电流密度 正向偏压时 9.2.2 异质pn结的注入特性（自学） 第三十五页，共63页 9.3 半导体异质结量子阱结构及 其电子能态与特性 9.3.1 半导体调制掺杂异质结构界面量子阱 1. 界面量子阱中二维电子气的形成及电子能态 调制掺杂异质结构： 由宽禁带重掺杂的n型AlxGa1-xAs和不掺杂的 GaAs组成的异质结。 第三十六页，共63页 EF GaAs n+-AlxGa1-xAs 调制掺杂异质结界面处能带图 二维电子气 在GaAs近结处 形成电子的势阱 E 第三十七页，共63页 0 z V(z) 调制掺杂异质结势阱区内电子势能函数 第三十八页，共63页 GaAs的导带底位于布里渊区中心 k = 0, 导带底附近电子的 m* 各向同性 用分离变量法求解 第三十九页，共63页 第四十页，共63页 X-y平面内的平面波，对应的能量 电子在 z 方向被局限在几到几十个原子层范 围的量子阱中，能量 Ez 量子化 第四十一页，共63页 调制掺杂异质结势阱中的电子在与结平行的 平面(x-y)内作自由电子运动，实际就是在量子阱区内准二维运动，称为二维电子气。Exy连续，Ez量子化。 二维电子气(2DEG) 2. 二维电子气的子带及态密度 异质结势阱中电子的能量 第四十二页，共63页 子带 异质结势阱中电子的能量Ei 分量相同时， （kx, ky)取值不同的电子能态组成的一个带。 求子带中的态密度 设二维电子气在 x 和 y 方向的宽度为 L, 则 nx, ny 取整数 第四十三页，共63页 k与 （k+dk)间的电子态数 Ei 取定后 第四十四页，共63页 二维电子气中单位面积单位能量间隔的子带态密度 异质结二维电子气的电子态密度 第四十五页，共63页 第一页，共63页 9.1 半导体异质结及其能带图 根据半导体单晶材料的导电类型 异质结 { 反型异质结：导电类型相反 同型异质结：导电类型相同 反型：p-nGe-GaAs 或 (p)Ge-(n)GaAs, n-pGe-GaAs 或 (n)Ge-(p)GaAs, p-nGe-Si, p-nSi-GaAs, p-nSi-ZnS, p-nGaAs-GaP, n-pGe-GaAs 等 9.1.1 半导体异质结的能带图 第二页，共63页 同型：n-nGe-GaAs 或 (n)Ge-(n)GaAs, p-pGe-GaAs 或 (p)Ge-(p)GaAs, n-nGe-Si, n-nSi-GaAs, n-nGaAs-ZnSe, p-pSi-GaP, p-pPbS-Ge 等 禁带宽度较小的半导体材料写在前面 异质结也可分为突变异质结和缓变异质结 突变异质结：从一种半导体材料向另一种半 导体材料的过渡只发生于几个 原子距离范围内。 第三页，共63页 缓变异质结：从一种半导体材料向另一种半 导体材料的过渡发生在几个 扩散长度范围内。 1. 不考虑界面态时的能带图 电子亲和能 禁带宽度 功函数 } 决定异质结的能带图 第四页，共63页 （1）突变反型异质结能带图 形成突变pn异质结前的平衡能带图 真空能级 EV2 EC2 EF2 Eg2 W2 n2 ?EV n1 ?EC Eg1 EV1 EC1 EF1 第五页，共63页 形成异质结前 p型半导体的费米能级的位置 n型半导体的费米能级的位置 形成异质结后，平衡时，有统一的费米能级 第六页，共63页 形成突变pn异质结后的平衡能带图 x1 x0 x2 ?EV ?2 qVD2 ?EC 第七页，共63页 突变反型异质结平衡时 统一的费米