光电子材料与器件.doc

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1、光电子材料与器件目录1＞发光材料与器件。1（1）综述TTI-V族半导体化合物晶体结构、半导体性质，发光原理，从紫外-红外发光特性上阐述其合金化原理；1（2）给出发光二极管（LED）基本结构和发光原理、以及LED的主要光学特性。以此为基础解释：双异质结LED解决什么问题？LED低取出效率又如何解决？如何得到近口光LED灯？8（3）有哪几类半导体激光器，比较其优缺点。122、光纤材料与器件。13（1）简述光导纤维材料分类及其优缺点，光纤结构及其工作原理；并查阅相关资料综述光纤发展历史与应用现状；13

2、（2）简述光纤耗损特性与色散特性；18（3）综述石英光纤生产技术（光纤预制棒生产技术及其分类，预制棒技术装备）及评述全球主耍光纤生产商技术现状。191＞发光材料与器件。（1）综述III・V族半导体化合物晶体结构、半导体性质，发光原理，从紫外■红外发光特性上阐述其合金化原理；目前已知的二元无机化合物半导体材料有600多种，其中氧化物、硫属化合物有250多种，卤化物约200多种；他们之中，绝大多数还未能制出其单晶或者外延材料。有关它们的电学、光学和热学性质的数据或描述，还不能认为都是可靠的，了解它们

3、的应用潜力还需要较长时间的研究。目前已有得到实用的二元化合物半导体材料只有111・V族、II・VI族、IV・VI族及IV・IV族化合物等。已研究过的三元无机化合物半导体材料也有近100种，迄今在工业上得到应用的则更少。III-V族化合物半导体是周期表中IIIA族元素B、Al、Ga、In、和V族元素N、P、As、Sb所化合形成的15种化合物BN、BP、BAs、AIN>AIAs>AIP>AISb>GaP、GaN、GaAs、GaSb、InN、InAs、InP和InSb；另外几种III・V族化合物，如I

4、nBi、TIBi、TISb不具有半导体性质。这些材料中除BN、GaN、InN等少数族化合物的晶体结构为纤锌矿结构外，大部分III-V族化合物半导体均为闪锌矿结构，这两种晶体结构如图1所示。图1纤锌矿和闪锌矿晶体结构示意图由于大部分III-V族化合物半导体的晶体结构都是闪锌矿结构，这里以闪锌矿晶体结构为例分析TTI・V族化合物半导体中化学键的一些特点及其对半导体性质的影响。闪锌矿结构晶格中除每个原子最近邻不是同种原子外，与金刚石结构（即金刚石、Si和Ge的晶体结构）是相同的。在这种晶体结构中，每个

5、原子最近邻有4个异种原子，配位数为4,若该原子位于一个正四而体的中心，则其4个最近邻原子处于四面体顶角;它们的化学键也称四面体键，键角为109。28'。这种结构也可以看成III族原子所构成的面心立方晶格与V族原子所构成的面心立方晶格沿着体对角线（<lll>方向）2/4处穿插而成。闪锌矿结构的空间群为F43m,是非中心对称的。纤锌矿结构是闪锌可结构中两种（111）®层绕［111］轴旋转180°1而成的，有六角对称性。其空间群为P63mc,也是非中心对称的；它沿立方［211］方向

6、的堆垛次序是ABCABC…而沿六角［0001］方向的堆垛次序是ABAB-III-V族化合物的化学键除共价键外，还有一定成分的离子键。这使它的化学键有一定极性。离子键成分的大小与组成原子间负点性差越大，离子键成分越大，极性也越强。化学键与半导体材料基本特性之间有一定的对应关系。元素半导体是单纯的共价键，在同一族中的键和能越小，其熔点越低，带隙也就越小。化合物半导体基本上也就是如此，其组成元素的原子序数Nl,N2之和越大，材料的熔点越低、带隙越小。III・V族化合物的极性还与其晶体结构密切相关。由丁

7、其闪锌矿结构，在［口1］方向上，是由一系列III族原子和V族原子组成的双原子层（电偶极层）一次排列是不等效的，因而具有极性。沿［111］方向看去，双原子层而成的。［111］与［1?1?1?］方向看去，止好相反。III族中的III族原子层在V族原子层的后面；可以从［1原子周围电子云分布与V族原子周围不同，使双原子层成为电偶极层。［111］轴就?1?1?）面上化学键结构、有效电荷不同，各为电偶极层的是一极性轴。（111）面和（1一边。rri・v族化合物的极性对其物理、化学性质有以下几方面的影响。①主

8、要解理面不是｛111｝而是｛H0｝o一般來说，面心立方晶体中｛111｝面的面间距最大，相邻晶面间单位面积上键数最少，是晶体的解理面,如Si.Ge的解理面均为｛111｝面。对闪锌矿结构的III・V族化合物来说，虽然也是面心立方晶格，但由于其｛111｝面间带异性电荷的III族、V族原子间的相互作用，有一定的库仑引力，使其分离较困难，因而不是主要解理面。而｛110｝面是由数目相同的异类原子组成的，相邻晶面间没有库仑引力，分离较容易，而成为主耍解理面。②对一些特定腐蚀剂的腐蚀行为不同。对于含氧化剂的腐蚀