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半导体pn结,异质结和异质结构

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半导体物理异质结解析PPT课件

半导体物理异质结解析PPT课件
第13页/共30页
界面量子阱中二维电子气的势阱和状态密度
第14页/共30页
电子的能量：
二维电子气的状态密度
k空间原胞的面积：
k空间k-k+dk圆环的面积： E-k关系： 状态密度：
第15页/共30页
低维半导体材料及其状态密度
Bulk
QW
QD
3D
2D
0D
DD((EE))
DD((EE))
D(E)
E
• qVD = qVD1 + qVD2 = EF2 - EF1 = W1 - W2
半导体物理学
第7章 金第属4页和/半共导30体页的接触
SCNU 光电学院
4
突变反型异质结的能带特征
• n型半导体的能带弯曲量为qV2，且导带底在交界面处形成一个向
上的“尖峰”。
• p型半导体的能带弯曲量为qV1，且导带底在交界面处形成一个向
第2页/共30页
pn结的能带图
qVD E Fn EFp
第3页/共30页
突变反型异质结的能带图
• 形成异质结时电子从n型半导体流向p型半导体，空穴的流动方向相反。
• 达到平衡时，两块半导体具有统一的费米能级。
• 在异质结界面的两边形成空间电荷区，产生内建电场和附加电势能，使 空间电荷区中的能带发生弯曲。
EE
EE
Modification of density of states by confining carriers
第16页/共30页
双异质结间的单量子阱结构
第17页/共30页
双异质结间的单量子阱结构
势阱形状： 波函数分离变量： 波函数分离变量： 薛定谔方程：
第18页/共30页

半导体技术之-PN结基础知识

半导体技术之-PN结基础知识
温度每增加6K，反向饱和电流增加1倍
（2-69）
在正向偏置情况下，取 I I 0 eV VT，导出
dV dT
I 常数
V T
VT
1 I0
dI0 dT
dI dT
V 常数
I
1 I0
dI 0 dT
V TVT
将（2-69）式代入（2-70）和（2-71）式中，得到
dV
V
Eg0
q
dT
T
（2-72） 和
m
x
0 0
（c ）
• 单边突变结电荷分 布、电场分布、电 势分布
（a）空间电荷分布
（b）电场
（c）电势图
➢ 利用中性区电中性条件导出空间电荷区内建电势差公式:
0
n
p
VT
ln
Nd Na ni2
➢ 解Poisson方程求解PN结SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度：
m 1
x xn
qNd xn2 2k 0
➢ 空间电荷区载流子通过复合中心复合的最大复合率条件：
n p ni eV 2VT
最大复合率为:
U max
ni 2 0
eV
2VT
➢ 正偏复合电流和反偏产生电流分别为：
I rec
qAniW
2 0
eV 2VT
I R eV 2VT
IG
qAU W
qni AW 2 0
由于空间电荷层的宽度随着反向偏压的增加而增加因而反向电流是不饱和的。
是稳态载流子输运满足扩散方程
1.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性
理想的P-N结的基本假设及其意义 ➢ 外加电压全部降落在耗尽区上，耗尽区以外的半导体是电中性的，这意

半导体物理 第二章 PN结 图文

半导体物理 第二章 PN结 图文

国家级精品课程——半导体器件物理与实验
第二章 PN结
引言
4-4 外延工艺：
外延是一种薄膜生长工艺，外延生长是在单晶衬底上沿晶体 原来晶向向外延伸生长一层薄膜单晶层。
外延工艺可以在一种单晶材料上生长另一种单晶材料薄膜。
外延工艺可以方便地形成不同导电类型，不同杂质浓度，杂 质分布陡峭的外延层。
外延技术：汽相外延(PVD，CVD）、液相外延（LPE）、分 子束外延（MBE）、热壁外延（HWE）、原子层外延技术。
硅平面工艺的主体
国家级精品课程——半导体器件物理与实验
第二章 PN结
引言
4-1 氧化工艺：
1957年，人们发现硅表面的二氧化硅层具有阻止杂质向硅内 扩散的作用。这一发现直接导致了氧化工艺的出现。 二氧化硅薄膜的作用： （1）对杂质扩散的掩蔽作用； （2）作为MOS器件的绝缘栅材料； （3）器件表面钝化作用； （4）集成电路中的隔离介质和绝缘介质； （5）集成电路中电容器元件的绝缘介质。 硅表面二氧化硅薄膜的生长方法： 热氧化和化学气相沉积方法。
N(x) （a）
Na
Nd xj
（b） -a(x - xj)
引言
扩 SiO2 散 结 N-Si
杂质扩散
P
N-Si
N-Si
由扩散法形成的P-N结，杂质浓度从P区到N区是
逐渐变化的，通常称之为缓变结，如图所示。设 P-N结位置在x=xj处，则结中的杂质分布可表示为： x
Na Nd (x xj), Na Nd (x xj)
Al
液体
Al
P
N-Si
N-Si
N-Si
把一小粒铝放在一块N型单晶硅片上， 加热到一定温度，形成铝硅的熔融体， 然后降低温度，熔融体开始凝固，在N 型硅片上形成含有高浓度铝的P型硅薄 层，它和N型硅衬底的交界面即为P-N 结（称之为铝硅合金结）。

半导体物理考试重点（1）剖析

半导体物理考试重点（1）剖析

半导体物理考试重点（1）剖析半导体物理考试重点题型：名词解释3*10=30分；简答题4*5=20分；证明题10*2=20分；计算题15*2=30分⼀．名词解释1、施主杂志：在半导体中电离时，能够释放电⼦⽽产⽣导电电⼦并形成正电中⼼的杂质称为施主杂质。

2、受主杂志：在半导体中电离时，能够释放空⽳⽽产⽣导电空⽳并形成负电中⼼的杂质称为受主杂质。

3、本征半导体：完全不含缺陷且⽆晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。

实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体⼀般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。

4、多⼦、少⼦（1）少⼦：指少数载流⼦，是相对于多⼦⽽⾔的。

如在半导体材料中某种载流⼦占少数，在导电中起到次要作⽤，则称它为少⼦。

（2）多⼦：指多数载流⼦，是相对于少⼦⽽⾔的。

如在半导体材料中某种载流⼦占多数，在导电中起到主要作⽤，则称它为多⼦。

5、禁带、导带、价带（1）禁带：能带结构中能量密度为0的能量区间。

常⽤来表⽰导带与价带之间能量密度为0的能量区间。

（2）导带：对于被电⼦部分占满的能带，在外电场作⽤下，电⼦可以从外电场中吸收能量跃迁到未被电⼦占据的能级去，形成电流，起导电作⽤，常称这种能带为导带（3）价带：电⼦占据了⼀个能带中的所有的状态，称该能带为满带，最上⾯的⼀个满带称为价带6、杂质补偿施主杂质和受主杂质有互相抵消的作⽤，通常称为杂质的补偿作⽤。

7、电离能：使多余的价电⼦挣脱束缚成为导电电⼦所需要的能量称为电离能8、（1）费⽶能级:费⽶能级是绝对零度时电⼦的最⾼能级。

（2）受主能级：被受主杂质所束缚的空⽳的能量状态称为受主能级（3）施主能级：被施主杂质束缚的电⼦的能量状态称为施主能级9、功函数：功函数是指真空电⼦能级E0 与半导体的费⽶能级EF 之差。

10、电⼦亲和能：真空的⾃由电⼦能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电⼦拿出到真空去⽽变成⾃由电⼦所需要的能量。

11、直/间接复合（1）直接复合：电⼦在导带和价带之间的直接跃迁，引起电⼦和空⽳的复合，称为直接复合。

半导体异质结构课件

半导体异质结构课件

qVD qVD1 qVD 2 EF 2 EF1
VD VD1 VD 2
VD 称为接触电势差（内建电势差、扩散电势）
VD W1 W2
VD1: p型半导体的内建电势差
VD2: n型半导体的内建电势差 qVD1: n型半导体的导带底或价带顶的弯曲量 qVD2: p型半导体的导带底或价带顶的弯曲量
2
1/ 2
接触电势差
2 2 q N D2 X D N A1 X D VD N N 2 A 1 1 D 2 2 N N N N D2 D2 1 2 A1 A1
X D d1 d 2
d1: 势垒区负空间电荷区的宽度 d2: 势垒区正空间电荷区的宽度
异质结的接触电势差为
VD VD1 VD 2
VD1: VD在交界面p型半导体一侧的电势降 VD2: VD在交界面n型半导体一侧的电势降
热平衡时 势垒区宽度
21 2 N A1 N D 2 VD XD qN N N N A1 D 2 2 D 2 1 A1
pn异质结
np异质结
pp异质结
悬挂键起施主作用时， 计入界面态影响的异质结能带图
pn异质结
np异质结
nn异质结
悬挂键起受主作用时， 计入界面态影响的异质结能带图
9.1.2 突变反型异质结的接触电势差及势垒区宽度 以pn异质结为例，设p型和n型半导体中杂质均 匀分布，浓度分别为 NA1 和 ND2 势垒区的总宽度
内容
异质结的能带结构 异质pn结的电流电压特性 异质pn结的注入特性 半导体异质结量子阱结构
Energy Bandgap vs. Lattice Constant for Various Semiconductors

半导体物理学第九章知识点

半导体物理学第九章知识点

半导体物理学第九章知识点第9章半导体异质结构第6章讨论的是由同⼀种半导体材料构成的p-n结，结两侧禁带宽度相同，通常称之为同质结。

本章介绍异质结，即两种不同半导体单晶材料的结合。

虽然早在1951年就已经提出了异质结的概念，并进⾏了⼀定的理论分析⼯作，但是由于⼯艺⽔平的限制，⼀直没有实际制成。

直到⽓相外延⽣长技术开发成功，异质结才在1960年得以实现。

1969年发表了第⼀个⽤异质结制成激光⼆极管的报告之后，半导体异质结的研究和应⽤才⽇益⼴泛起来。

§9.1 异质结及其能带图⼀、半导体异质结异质结是由两种不同的半导体单晶材料结合⽽成的，在结合部保持晶格的连续性，因⽽这两种材料⾄少要在结合⾯上具有相近的晶格结构。

根据这两种半导体单晶材料的导电类型，异质结分为以下两类：(1)反型异质结反型异质结是指由导电类型相反的两种不同的半导体单晶材料所形成的异质结。

例如由p型Ge与n型Si构成的结即为反型异质结，并记为pn-Ge/Si或记为p-Ge/n-Si。

如果异质结由n型Ge 与p型Si形成，则记为np-Ge/Si或记为n-Ge/p-Si。

已经研究过许多反型异质结，如pn-Ge/Si；pn-Si/GaAs；pn-Si/ZnS；pn-GaAs/GaP；np-Ge/GaAs；np-Si/GaP等等。

(2)同型异质结同型异质结是指由导电类型相同的两种不同的半导体单晶材料所形成的异质结。

例如。

在以上所⽤的符号中，⼀般都是把禁带宽度较⼩的材料名称写在前⾯。

⼆、异质结的能带结构异质结的能带结构取决于形成异质结的两种半导体的电⼦亲和能、禁带宽度、导电类型、掺杂浓度和界⾯态等多种因素，因此不能像同质结那样直接从费⽶能级推断其能带结构的特征。

1、理想异质结的能带图界⾯态使异质结的能带结构有⼀定的不确定性，但⼀个良好的异质结应有较低的界⾯态密度，因此在讨论异质结的能带图时先不考虑界⾯态的影响。

(1)突变反型异质结能带图图9-1(a)表⽰禁带宽度分别为E g1和E g2的p型半导体和n型半导体在形成异质pn结前的热平衡能带图，E g1 E g2。

半导体技术之-PN结基础知识


（b）加正向电压，耗尽
层宽度W’W
1.2.1加偏压的结的能带图
W
能量
（E ）
IR
P
N
qVR
VR +
（c ）
（c）加反向电压，耗尽层宽度W’>W
q0 VR
➢ 根据载流子扩散与漂移的观点分析了结的单向导电性：
正偏压使空间电荷区内建电势差由 0 下降到 0-V打破了PN结的热平衡，使载 流子的扩散运动占优势即造成少子的正向注入且电流很大。反偏压使空间电
明的外延工艺。 1970年斯皮勒（E.Spiller）和卡斯特兰尼(E.Castellani)
发明的光刻工艺。正是光刻工艺的出现才使硅器件制造技 术进入平面工艺技术时代，才有大规模集成电路和微电子 学飞速发展的今天。 上述工艺和真空镀膜技术，氧化技术加上测试，封装工艺 等构成了硅平面工艺的主体。
xp 0 xn
Ip x
（b）少数载流子电流
（c）电子电流和空穴电流
正向偏压情况下的的P-N结
反向偏压情况下的的P-N结
载流子浓度
少数载流子电流
P型
PN
N型
空间电荷层
I Ip In
np0 np
pn0ห้องสมุดไป่ตู้pn
In x
Ip
Ip
In
In
Ip
x
xp 0 xn
x
xp 0 xn
x x
xp 0 xn
x
突变结与线性缓变结
NaNd NaNd
Na -ax
xj
0
0
x
-Nd
xj x
（a）突变结近似（实线）的窄扩散结 （虚线）
（b）线性缓变结近似（实线）的 深扩散结（虚线）

半导体p-n结,异质结和异质结构03_


PN结的应用 结的应用
根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同， 根据 结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利 结的材料 用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。 用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。 1. 用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二 结单向导电性可以制作整流二极管、 结单向导电性可以制作整流二极管 极管， 极管， 2. 利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管； 利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管； 3. 利用高掺杂 结隧道效应制作隧道二极管； 利用高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管 结隧道效应制作隧道二极管； 4. 利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管 利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管; 5. 将半导体的光电效应与 结相结合还可以制作多种光电器件。 将半导体的光电效应与PN结相结合还可以制作多种光电器件 结相结合还可以制作多种光电器件。 如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极 管与半导体发光二极管； 管与半导体发光二极管； 6. 利用光辐射对 结反向电流的调制作用可以制成光电探测器； 利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测器 结反向电流的调制作用可以制成光电探测器； 7. 利用光生伏特效应可制成太阳电池 利用光生伏特效应可制成太阳电池; 8. 利用两个 结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子 利用两个PN结之间的相互作用可以产生放大 结之间的相互作用可以产生放大， 功能; 功能 PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代微电子 结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心， 结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心 技术、光电子技术的基础。 技术、光电子技术的基础。
PN结的正向导电性 结的正向导电性

PN接面及半导体基础知识

PN接面及半导体基础知识pn结pn结（pn junction）採用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将p型半导体与n型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上,在它们的交介面就形成空间电荷区称pn 结。

pn结具有单向导电性。

p是positive的缩写，n是negative的缩写，表明正荷子与负荷子起作用的特点。

一块单晶半导体中，一部分掺有受主杂质是p型半导体，另一部分掺有施主杂质是n型半导体时，p 型半导体和n型半导体的交介面附近的过渡区称为pn结。

pn结有同质结和异质结两种。

用同一种半导体材料製成的 pn 结叫同质结，由禁频宽度不同的两种半导体材料製成的pn结叫异质结。

製造pn结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。

製造异质结通常採用外延生长法。

p型半导体（p指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴； n型半导体（n指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。

在 p 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。

在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。

n 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。

当p型和n型半导体接触时，在介面附近空穴从p型半导体向n型半导体扩散，电子从n型半导体向p型半导体扩散。

空穴和电子相遇而複合，载流子消失。

因此在介面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。

p 型半导体一边的空间电荷是负离子，n 型半导体一边的空间电荷是正离子。

正负离子在介面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。

在pn结上外加一电压，如果p型一边接正极，n型一边接负极，电流便从p 型一边流向n型一边，空穴和电子都向介面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。

如果n型一边接外加电压的正极，p型一边接负极，则空穴和电子都向远离介面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。

第九章半导体异质结构


EF 2 EC2 n2
形成异质结后，平衡时，有统一的费米能级
E E E F F1 第九章半导体异质结构
F2
ECqVD2
2
EV
x1 x0 x2 形成突变pn异质结后的平衡能带图
第九章半导体异质结构
突变反型异质结平衡时
• 统一的费米能级 • 界面两边形成空间电荷区，正＝负 • 内建电场，在界面处不连续 • 空间电荷区的能带发生弯曲，不连续 • 两边均为耗尽层
p型半导体，悬挂键起施主作用， 表面处的能带向下弯曲
第九章半导体异质结构
pn异质结 np异质结
pp异质结
悬挂键起施主作用时， 计入界面态影响的异质结能带图
第九章半导体异质结构
pn异质结
np异质结
nn异质结
悬挂键起受主作用时， 计入界面态影响的异质结能带图
第九章半导体异质结构
9.1.2 突变反型异质结的接触电势差及势垒区宽度 以pn异质结为例，设p型和n型半导体中杂质均 匀分布，浓度分别为 NA1 和 ND2
能带总的弯曲量
qVD qVD1 qVD2 EF2 EF1
VD VD1 VD2 第九章半导体异质结构
VD 称为接触电势差（内建电势差、扩散电势）
VD W1 W2
VD1: p型半导体的内建电势差 VD2: n型半导体的内建电势差 qVD1: n型半导体的导带底或价带顶的弯曲量 qVD2: p型半导体的导带底或价带顶的弯曲量
第九章半导体异质结构
若在异质结上加外电压V, 将上述公式中的 VD, VD1, VD2 分别用(VD-V), (VD1-V1) 及 (VD2-V2) 代替即可。
V V1 V 2
V1: V在界面的p型一侧的势垒区中的电压降 V2: V在界面的n型一侧的势垒区中的电压降
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13
半导体异质结构的基本特性 半导体异质结构，是将不同材料的半导体薄膜，依先后次序外
延淀积在同一衬底上。如图所述的是利用半导体异质结构所作成的 半导体激光器
基本特性： 量子效应：
因中间层的能阶较低，电子很容易掉落下来被局限在中间层， 而中间层可以只有几nm的厚度，因此在如此小的空间内，电子的 特性会受到量子效应的影响而改变。例如：能阶量子化、基态能量 增加、能态密度改变等，其中能态密度与能阶位置，是决定电子特 性很重要的因素。
2021/3/6
1
本征半导体载流子浓度ni, p i
本征半导体:
ni = pi = n =p = 4.9 E15 (me mh/mo）^3/4 T^3/2 exp(-Eg/2KT)
= A T^3/2 e^(-Eg/2KT)
是温度T,禁带宽度Eg的函数,温度越高, ni越大, Eg越宽, ni越小 T为3OOK时, Si: ni = p i=1.4 E10/cm*-3
如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极 管与半导体发光二极管；
6. 利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测器； 7. 利用光生伏特效应可制成太阳电池; 8. 利用两个PN结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子 功能; PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代微电子 技术、光电子技术的基础。
2021/3/6
18
若干半导体杂质掺杂的一些考虑
2021/3/6
12
19
关于Au/ZnO/Si异质结能带结构
E0
Wm 4.95eV
X1 4.35eV
WS 1
X2
WS 2
4.5eV 4.05eV 5.1eV
EFm Au
E Fn
Ec1
Ei1
n ZnOE1
Ec 2 Ei 2 EFp
E 2
p Si
2021/3/6
2021/3/6
16
么么么么方面
• Sds绝对是假的
激光二极管： 半导体激光二极管的基本构造，与发光组件极为类似，
只不过激光是二极管必须考虑到受激发光与共振的条件。 使用半导体异质结构，因电子与空穴很容易掉到中间层， 因此载子数目反转较易达成，这是具有受激发光的必要条 件，而且电子与空穴被局限在中间层内，其结合率较大。 此外，两旁夹层的折射率与中间层不同，因而可以将光局 限在中间层，致使光不会流失，而增加激光强度，异质结 构很适合制作激光器，有很大的优点。
2021/3/6
25
样品制备
第一组ZnO/Si异质结样品(1)～(4)： 准备四种不同表面掺杂的Si材料作为衬底。分别为样品(1)n-<100>，电阻率
ρ=4.06Ω·cm。样品(2)p+<111>，ρ=16.8mΩ·cm。样品(3)p-<111>，ρ=11.126Ω·cm。 样品(4)n+<111>，ρ=6.6mΩ·cm。工艺流程如下：
2021/3/6
24
不同衬底Si材料的ZnO异质结IV及光电特性研究
采用PLD技术和微电子平面工艺，用不同表面掺 杂的Si作为衬底制备了ZnO/Si异质结，另外为改善异 质结特性，以p-Si(p-)为衬底尝试制备了ZnO（含 Mn0.2％）/Si结构、以及包含SiC缓冲层的ZnO/SiC/Si 和ZnO（含Mn0.2％）/SiC/Si结构。测试了样品的 XRD曲线，I－V特性曲线和P－E（光电响应）特性曲 线，研究样品作为二极管，光探测器的性能。
制造异质结通常采用外延生长法。
2021/3/6
10
PN结的应用
根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利 用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。
1. 用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二 极管，
2. 利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管； 3. 利用高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管； 4. 利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管; 5. 将半导体的光电效应与PN结相结合还可以制作多种光电器件。
非本征半导体:是掺杂的半导体。由于在价带和导带 分别加入的空穴和自由的电子，使半导体的导电性能发 生改变。
如：五价的杂质原子（P,As）掺入四价Si后必有一个 电子成为自由电子运动在导带中，形成电子导电类型的n 型半导体。由于有较高能量的自由电子的进入导致原来 在带隙中的费米能级逐渐向上移。如果在半导体中加入 三价的杂质原子（B），与硅的结合将有一个键悬空， 形成空穴，此空穴可以在价带中自由移动，形成了空穴 导电类型的p型半导体，由于有空穴的进入导致原来在带 隙中的费米能级逐渐向下移。
半导体，本征半导体，非本征半导体
半导体: 最外层价电子填满了价带，导带没有电子， 有一定带隙宽度。在一定条件下使价带中的电子获得能 量跃迁到导带中，在价带中形成空穴，在导带中出现电 子时，半导体导电。
本征半导体:不掺杂的半导体。此时的费米能级在带 隙的中间。价带中的电子靠热激发或光激发直接跃迁到 导带，使空穴和电子的浓度相等。随着温度的升高本征 半导体的导电性能变大。
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发光二极管组件(light emitting devices, LED)： 因为半导体异质结构能将电子与空穴局限在中间层内，
电子与空穴的复合率因而增加，所以发光的效率较大；同时 改变量子井的宽度亦可以控制发光的频率，所以现今的半导 体发光组件，大都是由异质结构所组成的。半导体异质结构 发光组件，相较其它发光组件，具有高效率、省电、耐用等 优点，因此应用广泛。
ni pi = 1.96 E20/cm^-3
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杂质半导体ni,电子浓度n,空穴浓度p 之间的关系
n = ni e^(Ef-Ei)/kT, P = ni e^(Ei-Ef)/kT, ni^2 = n p Ei本征费米能级 Ef杂质费米能, 在n型半导体中,n＞p,因此, Ef＞Ei 在p型半导体中, p＞n,因此, Ei＞Ef
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半导体异质结
基本概念：
异质结就是一种半导体材料生长在另一种 半导体材料上所形成的接触过渡区。依照两种 材料的导电类型分同型异质结（P-p结或N-n结） 和异型异质(P-n或p-N)结。按照两种材料晶格常 数的失配程度，异质结可分为两类，即匹配型 异质结和失配型异质结，由于两种异质材料具 有不同的物理化学参数（如电子亲和势、 能带 结构、介电常数、晶格常数等）, 接触界面处产 生各种物理化学属性的失配，使异质结具有许 多不同于同质PN结的新特性。
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器件结构图
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Au/n-ZnO/p-Si 新型肖特基结-异质结构 紫外增强光电晶体管
•新型肖特基结-异质结 紫外增强光电晶体管，半导体学报英文版刊登认 为论文有新意，并在重要位置（第二篇）刊登 • 该新型光电探测器增强了Si光电探测器在紫外（UV）波长的响应灵敏 度，具有重要研究价值
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• 迁移率(Mobility)变大：
半导体的自由电子主要是由于外加杂质的贡献，因此在一般的半导体 材料中，自由电子会受到杂质的碰源自而减低其行动能力。然 而在异质结构
中，可将杂质加在两边的夹层中，该杂质所贡献的电子会掉到中间层，因 其有较低的能量（如图所示），因此在空间上，电子与杂质是分开的，所 以电子的行动就不会因杂质的碰撞而受到限制，因此其迁移率就可以大大 增加，这是高速组件的基本要素。
清洗后将衬底氧化（温度1050℃，干氧10min＋湿氧40min＋干氧10min）生 成SiO2外延，去除背底SiO2。干燥后光刻出圆形有源区，圆孔直径为500μm。然 后采用PLD技术在样品表面制备高质量ZnO薄膜。PLD工艺采用德国Lamda Physik 公司的LPXKRF受激准分子激光器(excimer laser)，输出波长为248 nm，脉宽20ns ，频率5Hz，功率200mj/pulse，通过透镜以45度角聚焦在靶上，靶材为高纯ZnO 陶瓷靶，直径32mm。抽真空至6.2×10－4Pa后，通入O2至20Pa，在700℃下轰击 靶材60min，生成ZnO薄膜厚约800nm，并在有源区反刻出圆形ZnO（稍大于有源 区图形）。接着表面蒸Al，Al膜厚约1μm，再在有源区反刻圆形Al（稍大于ZnO 图形）。最后将样品放在N2气氛中530℃高温下退火15min。初步测试后切片， 背底固定到Al电极，引线焊接，封装。器件结构如图
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异质结的能带结构
半导体异质结构一般是由两层以上不同材料所组成，它们 各具不同的能带隙。研究较多的是GaAs 化合物、SiGe之类的 半导体合金,目前按异质结中两种材料导带和价带的对准情况 可以把异质结分为Ⅰ型异质结和Ⅱ型异质结两种，两种异质结 的能带结构如图所示。
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PN结的反向电压特性及电容特性
PN结加反向电压时,空间电荷区变宽, 电场增
强, 阻止了多数载流子的扩散,而P区和N区的少数
载流子电子和空穴沿反向电场运动,产生反向漏电
流,由于少子是本征激发,它决定于温度而不决定于
反向电压,当反向电压增大到一定程度足以把少子
全部吸引过来时,电流达到恒定,称作反向饱和漏电
在空间电荷区内电子势能为-qV,因此电 子从N区到P区必须越过这个势能高度,该高 度称作势垒高度
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PN结的伏安(I-V)特性：
I为流过PN结的电流；Is为PN结的反向饱和电流，与温度和材料有关的参数， V为外加电压； Vt=kT/q,为温度的电压当量（Vt=26mV.），当外加正向电压V为正 值且比Vt大几倍时, 正向电流随正向电压的增加按指数规律增大,PN结为正向导通 状态.外加反向电压即v为负值，且|v|比Vt大几倍时，PN结只流过很小的反向饱 和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN结呈反向截止状态。由PN结的I/V 特性曲线得到：PN结具有单向导电性和非线性伏安特性.