半导体照明技术

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半导体照明技术（第二版）第三章 半导体发光材料晶体导论

3.1晶体结构（本小结在固物、半物、集工、半材等先修课程中已学，这里只讲关键点）
3.1.4.1点缺陷

• 空位～肖特基缺陷；同时存在空位或填隙原子称为弗兰克尔缺陷
• 缺陷形成的定域能级可以成为辐射复合中心，即发光中心。发光中心分为结构缺陷型和杂质缺陷型。
• 结构缺陷也可以形成非复合中心。非复合中心俘获电子后，能量不是以光子的形式放出，而是转化为热，它的浓度增大时，光致发光强度减弱。
  3.1.4.2线缺陷（位错）
• 位错是由于在各种应力作用下晶面间的滑移造成的，位错线就是已滑移区与未滑移区的分界线。位错分为棱位错、螺旋位错和复合位错，其中对材料性能影响最大的是棱位错。
  3.2能带结构
  各种固体发光都是固体内不同能量状态的电子跃迁的结果，因此对于了解固体发光现象，研究固体中电子的能量状态是基础。
• 具有想同K值的称为直接带隙半导体，具有不同K值的则称为间接带隙半导体。前者又称直接跃迁半导体，跃迁复合发光概率大；后者又称间接带隙半导体，其跃迁复合发光时必须有晶格参与动量交换，即有声子参与，这是一个二级过程。
• 晶体的带隙宽度随温度上升而减小，这是发光器件的发光波长随温度上升向长波方向移动的原因。
• 对于三元或四元固溶体，它们的带隙宽度可以随固溶体成分的改变而连续变化
• 激子是库仑引力束缚在一起的电子—空穴对，也是一种激发的能量状态，电子—空穴对不离不合。自由激子能在晶体内部运动，而束缚激子则可受到施主、受主、等电子陷阱、等杂质中心和晶体缺陷的束缚。
• 等电子陷阱：固体中掺入等电子杂质而形成的俘获电子(或空穴)的束缚态称为电子陷阱.等电子杂质是指杂质与新替代的点阵原子层属于周期表同族元素。等电子陷阱俘获载流子后有了多余的电荷，这样就能进一步俘获具有相反电荷的载流子，这就形成被等电子陷阱所束缚的束缚激子。这种束缚激子中的电子和空穴可以直接跃迁复合，产生高效率发光。这对于间接跃迁型半导体发光材料甚为重要。
  3.3半导体晶体材料的电学性质
• 1、费米能级和载流子
• 2、载流子的漂移和迁移率
• 3、电阻率和载流子浓度
• 4、寿命
  3.4半导体发光材料的条件
• 1、带隙宽度合适
• 2、可获得电导率高的P型和N型晶体
• 3、可获得完整性好的优质晶体
• 4、发光复合概率大（优选直接带隙）