實(shí)驗(yàn)六 半導(dǎo)體發(fā)光器件的電致發(fā)光測(cè)量1

1、[鍵入文字]實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六半導(dǎo)體發(fā)光器件的電致發(fā)光測(cè)量半導(dǎo)體發(fā)光器件的電致發(fā)光測(cè)量081190088楊靜一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目的（1）了解半導(dǎo)體發(fā)光材料電致發(fā)光的基本概念。（2）了解并掌握半導(dǎo)體顯微探針測(cè)試臺(tái)、光纖光譜儀的使用。（3）掌握半導(dǎo)體發(fā)光材料電致發(fā)光特性的測(cè)量方法。二實(shí)驗(yàn)原理概述1輻射躍遷半導(dǎo)體材料受到某種激發(fā)時(shí)，電子產(chǎn)生由低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷，形成非平衡載流子。這種處于激發(fā)態(tài)的電子在半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，又回到較低的能量狀態(tài)，并發(fā)生

2、電子—空穴對(duì)的復(fù)合。復(fù)合過(guò)程中，電子以不同的形式釋放出多余的能量。如躍遷過(guò)程伴隨著放出光子，這種躍遷成為輻射躍遷。作為半導(dǎo)體發(fā)光材料，必須是輻射躍遷占優(yōu)勢(shì)。導(dǎo)帶的電子躍遷到價(jià)帶，與價(jià)帶空穴相復(fù)合，伴隨的光子發(fā)射，稱為本征躍遷。顯然這種帶與帶之間的電子躍遷所引起的發(fā)光過(guò)程，是本征吸收的逆過(guò)程。對(duì)于直接帶隙半導(dǎo)體，導(dǎo)帶與價(jià)帶極值都在k空間原點(diǎn)，本征躍遷為直接躍遷。由于直接躍遷的發(fā)光過(guò)程只涉及一個(gè)電子—空穴對(duì)和一個(gè)光子，其輻射效率較高。間接帶

3、隙半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶與價(jià)帶極值對(duì)應(yīng)于不同的波矢k，這時(shí)發(fā)生的帶與帶之間的躍遷是間接躍遷。在間接躍遷過(guò)程中，除了發(fā)射光子外，還有聲子參與。因此，這種躍遷比直接躍遷的幾率小的多，發(fā)[鍵入文字]礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)只涉及這類EL譜的測(cè)量。發(fā)光二極管是通過(guò)電光轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)發(fā)光的光電子器件，是主要的半導(dǎo)體發(fā)光器件之一，具有廣泛的應(yīng)用，如各類顯示、數(shù)據(jù)通訊等。特別是通過(guò)白色發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)固體照明，不僅可以節(jié)省能源、減少污染，而且體積小、壽命長(zhǎng)，因此固態(tài)照明已被全世界

4、重視。所有商用LED都具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)，因此以PN結(jié)的發(fā)光為例來(lái)說(shuō)明注入發(fā)光機(jī)制。P型半導(dǎo)體是摻雜了受主雜質(zhì)，而N型則是摻雜了施主雜質(zhì)，將兩種材料放在一起，即得到PN結(jié)。N型半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子，P型半導(dǎo)體中產(chǎn)生空穴，在其中間產(chǎn)生耗盡層。PN結(jié)處于平衡時(shí)，存在一定的勢(shì)壘區(qū)，場(chǎng)也相應(yīng)地減弱。這樣繼續(xù)發(fā)生載流子的擴(kuò)散，即電子由N區(qū)注入P區(qū)，同時(shí)空穴由P區(qū)注入到N區(qū)。進(jìn)入P區(qū)的電子和進(jìn)入N區(qū)的空穴都是非平衡少數(shù)載流子。這些非平衡少數(shù)載流子不斷與多數(shù)

5、載流子復(fù)合而發(fā)光。如果采用異質(zhì)結(jié)，發(fā)光效率可以得到顯著的提高。由寬帶隙半導(dǎo)體材料隔開的中間發(fā)光區(qū)，兩種類型的過(guò)剩載流子從兩側(cè)注入并被限制在同一區(qū)域，過(guò)剩載流子數(shù)目顯著提高。隨著載流子濃度的提高，輻射壽命縮短，導(dǎo)致更為有效的輻射復(fù)合。如果中間有源區(qū)域減小到10nm或更小就形成量子阱，由于其厚度與德布羅意波長(zhǎng)相近，量子力學(xué)效應(yīng)出現(xiàn)，載流子狀態(tài)密度變得更高，從而可以獲得更高的發(fā)光效率。這是目前商用LED的實(shí)際結(jié)構(gòu)。電致發(fā)光譜的測(cè)量系統(tǒng)的基本結(jié)