发光学-半导体发光与光谱技术.ppt

《发光学-半导体发光与光谱技术.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1发光定义：发光是物质（的）辐射中超出热辐射并具有相当于激发态寿命的延续时间的部分。引言期中复习21、发光是非平衡过程，其辐射能量与电子能级有关；黑体辐射是平衡辐射，其辐射能量与温度有关。2、黑体辐射是一个宽谱带发射，而发光较窄。3、黑体辐射是热光源发射，发光是冷光源发射。4、黑体辐射的峰值波长由辐射体的温度决定的;发光是由跃迁对应能级决定。发光和黑体辐射的区别1、透射光谱T（）与的关系线性光谱技术42、吸收光谱a.吸光度消光度光密度A()-53、反射光谱R()----4、调制反射光谱R/R-----E或7定义：I()~5、一般发光光谱（PL谱）8定义：I()-

2、0激发波长6、选择激发发光光谱（4的特例）9定义：I(0)-0间测波长7.激发光谱10a.定义：I(，t)–t,Ip(0)对应的波长08、发光衰减Intensity(a.u.)11a.定义：I(，t)-t09、时间分辨光谱1210.Raman光谱RamanIntensity(a.u.)----Ramanshift(cm-1)13半导体发光价带：0K条件下被电子填充的能量最高的能带满带价带（排满电子）导带：0K条件下未被电子填充的能量最低的能带能带中一部分能级排满电子未排电子禁带：导带底与价带顶之间能带禁带（不能排电子）带隙：导带底与价带顶之间的能量差14本征半

3、导体（semiconductor）本征半导体是指纯净的没有杂质的半导体。电子：Electron，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位151.直接带结构：导带的最低能量状态与价带的最高能量状态位于波矢空间同一位置，通常是在K空间原点附近（K=0附近）---直接带半导体跃迁:(可不需要声子参与)动量守恒能量守恒16导带的最低能量状态与价带的最高能量状态位于波矢空间不同位置，价带最高能量状态在K空间原点（000），而导带的最低能量状态则在第一布里渊

4、区（111）L点或（100）X点方向的边界或边界附近。间接带半导体2.间接带结构如：SiGaP17直接跃迁间接跃迁跃迁几率小跃迁几率大跃迁:需要声子或其他准粒子参与动量守恒能量守恒184.价带劈裂六角结构1）考虑到晶体场以及电子自旋—轨道的相互作用，半导体的价带要发生劈裂。劈裂的具体情况依晶体结构而异。图3-2(a)GaN价带顶的晶场劈裂与自旋—轨道劈裂；(b)能带结构与A、B、C激子结合能EAB=6meVEBC=37meV192）应变引起的价带劈裂压应变和伸展应变会使价带重空穴和轻空穴分裂。重空穴重空穴轻空穴轻空穴由于自旋-轨道相互作用，大多数半导体的价带分裂成三支。V1重空穴

5、、V2轻空穴、V3自旋—轨道，其中V1、V2支则在布里渊区原点仍然简并，但V3支则因自旋—轨道互作用而压低了，组成半导体的元素的原子量越大，这种分裂也愈大。压应变伸展应变20一、杂质杂质：半导体中的其它外来原子本征半导体：没有杂质的半导体掺杂：将不同的原子添加到半导体中占据基质晶格原子的位置存在于基质晶格间隙的位置杂质和缺陷，表面和界面原子与体内原子的排列不同，因此导致在禁带中形成居域能级。替位原子：间隙原子：居域能级：21施主：Donor，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。如Si中掺的P和As受主：Acceptor，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供

6、导电的空穴，并成为带负电的离子。如Si中掺的B3.深能级深能级EDL：杂质和缺陷在禁带中形成定域能级，如果这些能级远离带边(室温下，EDL>>kBT)。由于杂质或缺陷的深能级接近于带隙中央，在室温下离化的可能性不大。22浅杂质能级类氢原子,其能级为,(n=1,2,3,…)其中能量的0点(n=)在导带底,R*为杂质态等效里德堡常数23图3-4半导体中的杂质能级与可能的光学跃迁：(A)带间激发；(B)与施主能级ED相关的浅跃迁;(C)与受主能级EA有关的浅跃迁；(D)与受主能级EA有关的深跃迁；(E)施主与受主间的跃迁；(F)在价带之下芯能级间的跃迁；(G)通过深能级EDL的无辐射跃迁

7、半导体中可能存在的杂质能级及可能的光学跃迁24二、缺陷实际半导体中原子的微观排列，总存在一些与完整晶格不同的区域,构成晶格缺陷。缺陷分为本征缺陷和非本征缺陷，前者与晶体生长过程相关，也叫做结构缺陷；后者与掺杂有关。杂质原子的大小和化学性质（如电负性）与晶格原子不同，因此掺杂也不可避免地产生晶格缺陷。按照缺陷与晶格的连接方式，分为面、线和点三种形式，它们分别与晶格为一、二和三维连接。空位和间隙原子是典型的点缺陷，位错属于线缺陷，晶界可以看作面缺陷。晶体中的缺