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第4章半导体异质结4.1 半导体异质结界面4.2 半导体异质结的能带突变4.3 半导体异质结的能带图4.1 半导体异质结界面半导体异质结概念同质结（p-n结）：在同一块单晶材料上，由于掺杂的不同形成的两种导电类型不同的区域，区域的交接面就构成了同质结。
若形成异质结的两种材料都是半导体，则为半导体异质结。
若一方为半导体一方为金属，则为金属－半导体接触，这包括Schottky结和欧姆接触。
1957年，德国物理学家赫伯特.克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结，比同质结具有更高的注入效率。
1960年，Anderson制造了世界上第一个Ge－GaAs异质结。
1962年，Anderson提出了异质结的理论模型，他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构，晶格常数和热膨胀系数，基本说明了电流输运过程。
1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs-AlxGa1-xAs双异质结激光器。
在70年代里，金属有机物化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延(MBE)等先进的材料成长方法相继出现，使异质结的生长日趋完善。
半导体异质结分类1.根据半导体异质结的界面情况，可分为三种：（1）晶格匹配的异质结。
300K时，如：Ge/GaAs(0.5658nm/0.5654nm)GaAs/AlGaAs（0.5654nm/0.5657nm）、InAs/GaSb（0.6058nm/0.6095nm）（2）晶格不匹配的异质结（3）合金界面异质结2.根据过渡空间电荷分布情况及过渡区宽度的不同：（1）突变异质结：在不考虑界面态的情况下，从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生于几个原子距离（≤1μm）范围内。
（2）缓变异质结：在不考虑界面态的情况下，从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡发生于几个扩散长度范围内。
3.根据构成异质结的两种半导体单晶材料的导电类型：（1）反型异质结：由导电类型相反的两种半导体单晶材料所形成的异质结。
《势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响》篇一势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响一、引言随着现代微电子技术的发展，GaAs/AlxGa1-xAs量子阱结构因其独特的电子性质和光学性质，在半导体器件和光电器件中得到了广泛应用。
杂质态结合能作为量子阱中电子和空穴的重要性质，对于理解其电学和光学行为具有至关重要的作用。
同时，磁场对量子阱中杂质态的结合能也具有显著影响。
本文将重点探讨势垒对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用以及磁场对这种作用的影响。
二、GaAs/AlxGa1-xAs量子阱结构及杂质态GaAs/AlxGa1-xAs量子阱是一种由两种不同组分的化合物半导体材料构成的异质结构。
其中，势垒层和势阱层的组成元素比例不同，导致其能带结构和电子性质存在差异。
在量子阱中，电子和空穴被限制在势阱层内，形成杂质态。
这些杂质态的能量状态和波函数对电子的输运、光学跃迁等物理过程具有重要影响。
三、势垒对杂质态结合能的作用势垒是决定量子阱中电子和空穴运动的关键因素。
势垒的高度和宽度将直接影响杂质态的结合能。
当势垒较高时，电子和空穴被限制在势阱层内，形成较强的库仑相互作用，导致杂质态结合能增大。
反之，当势垒降低时，电子和空穴的波动函数重叠程度减小，库仑相互作用减弱，杂质态结合能降低。
此外，势垒的宽度也会影响电子和空穴的波函数分布，从而影响杂质态的结合能。
四、磁场对杂质态结合能的影响磁场对量子阱中杂质态的结合能具有显著影响。
在磁场作用下，电子和空穴的波函数发生塞曼分裂，导致能级分裂和能级移动。
这种能级移动将直接影响杂质态的结合能。
此外，磁场还会改变电子和空穴的轨道运动状态，进一步影响其库仑相互作用和结合能。
五、势垒与磁场的综合影响势垒和磁场的综合作用将进一步影响GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态的结合能。
在强磁场作用下，势垒对电子和空穴的限制作用将发生变化，从而改变杂质态的结合能。
势垒硅掺杂对GaN基LED极化电场及其光电性能的影响张正宜;王超【摘要】势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响.采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化,研究表明当势垒硅掺杂浓度>1e18 cm-3时,阱垒界面处的电场强度会变大,这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集.进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高,总非辐射复合随之增加,其中俄歇复合增加,而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少,这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级.电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压,这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性.当掺杂浓度为1e18 cm-3时,获得了较高的内量子效率,这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2018(039)010【总页数】6页(P1445-1450)【关键词】势垒;量子阱;极化电场;光电性能【作者】张正宜;王超【作者单位】山西交通职业技术学院信息工程系, 山西太原 030031;兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TN321.81 引言InGaN半导体材料具有纤锌矿晶体结构和直接能隙结构，通过改变In原子在InGaN中的比例，可实现从0.7 eV到6.2 eV的能隙调控，从而可以在整个可见光范围内通过电致发光[1-2]。
InGaN LED被广泛应用到通用照明和显示领域。
对于氮化物发光二极管器件来说，InGaN多量子阱结构是其最重要的组成部分。
目前，对于InGaN多量子阱的材料结构设计及机理方面做了大量的研究工作，其中，包括量子阱p型掺杂、梯度量子阱、三角量子阱的设计等改变量子阱内的极化电场，采用lnGaN或者InAlGaN作为势垒材料来调节多量子阱中的应力[3]，对InGaN多量子阱垒层掺杂Si来改善器件的光学及电学性能[4-6]。
§9.3 异质结在光电子器件中的应用(略，第十章半导体激光器后自学) §9.4 半导体量子阱和超晶格一、基本概念量子阱和超晶格都是利用禁带宽度不同的两种材料对电子的运动形成低维约束，以使其能量状态产生新的量子化。
半导体超晶格的概念是IBM 的日裔科学家江崎和华裔科学家朱兆祥为了开发新的负阻器件于1968年提出，并于1970年首先用砷化镓实现的。
他们认为，如果用两种晶格非常匹配但禁带宽度不同的材料A 和B ，以薄层的形式周期性地交替生长在一起，则其中的电子沿薄层生长方z 的连续能带将会分裂为一些子能带，如图9－13所示。
设两种材料薄层的厚度分别为d 1和d 2，总厚度d ＝d 1＋d 2即为超晶格周期。
由于d 是构成材料晶格常数a 的倍数，构成材料在z 方向上由(±n π/a)所决定的布里渊区将被分裂为若干个小布里渊区，其E z —k z 关系曲线将在这些布里渊区的边界处间断。
例如，若超晶格的周期d 为晶格常数a 的10倍，那么，构成材料的每个布里渊区都将被分割为10个微小的布里渊区。
在每一个微小布里渊区中，超晶格材料的电子能量E z 与波矢k z 的关系是连续变化的函数关系，形成一个能带，称为子能带。
通常把正常晶体的能带变为许多子能带的情况称为布里渊区的折叠。
图中的虚线表示按近自由电子近似得到的一个布里渊区中的抛物线型能带，而实线所代表的超晶格能带明显地为非抛物线型能带。
由连续能带分裂而成的第n 个子能带的E (k ) 关系可表示为kd t E k E cos 2)(n n0-=式中，k 是电子沿z 方向的波矢，限制在布里渊区(-π/d ，π/d )之中；d 是两个薄层的总厚度，即超晶格的重复周期，或称超晶格常数；t n 是能带宽度的量度，2t n 即为该子能带的宽度。
在k 空间，电子的运动要满足上式。
如果沿z 方向加一个外加电场E ，按照半经典理论，电子运动应满足下列方程qE dtdkhπ2-= 在这个电场的作用下，子能带中的电子将作定向运动，并在两次散射之间从电场获取并积累能量。
量子阱半导体激光器的结构物理与电子工程学院物理学（师范）专业 2008级摘要：本文介绍了量子阱的基本概念，分别讨论了方势阱量子阱、阶梯型量子阱、渐变量子阱、多量子阱及应变量子阱等几种常用的量子阱的结构及其特点，并在此基础之上，分析讨论了量子阱半导体激光器的结构及特点。
关键词：半导体激光器；量子阱；结构；特点Abstract:This paper introduces the basic concept of quantum well .Discussed party potential trap quantum well, ladder type quantum well, gradual change quantum well, many quantum well and strain quantum well some commonly used such as quantum well structure and characteristics. Based on this, it analysises about the quantum well semiconductor laser structure and the characteristic.Key words: semiconductor lasers; quantum well; structure; characteristics1引言1962年后期，美国研制成功GaA s同质结半导体激光器。
1967年人们使用液相外延的方法制成了单异质结激光器，实现了在室温下脉冲工作。
1970年，贝尔实验室有一举实现了双异质结构的在室温下连续工作的半导体激光器。
80年代，量子阱结构的出现使半导体激光器出现了大的飞跃。
量子阱结构源于60年代末期贝尔实验室的江崎(Esaki)和朱肇祥提出超薄层晶体的量子尺寸效应。
当超薄有源层材料后小于电子的德布罗意波长时，有源区就变成了势阱区，两侧的宽带系材料成为势垒区，电子和空穴沿垂直阱壁方向的运动出现量子化特点。
《GaAs-AlxGa1-xAs三量子阱中势垒厚度对激子结合能的影响及其压力效应》篇一GaAs-AlxGa1-xAs三量子阱中势垒厚度对激子结合能的影响及其压力效应一、引言在当代纳米科技与材料科学中，半导体异质结构的研究成为了热门的领域。
尤其以GaAs/AlxGa1-xAs异质结构备受关注，其独特的电子和光学性质使其在光电子器件、量子计算和光子学等领域有着广泛的应用。
在三量子阱（TQW）结构中，势垒的厚度是决定激子（即电子-空穴对）行为的关键因素之一。
本篇论文将重点研究势垒厚度对激子结合能的影响及其压力效应。
二、势垒厚度对激子结合能的影响GaAs/AlxGa1-xAs异质结构的三量子阱结构由多个薄层构成，每一层均由不同组成的半导体材料组成。
这些层之间存在势垒，这些势垒不仅影响了电子和空穴的运动轨迹，也对激子的结合能有着重要的影响。
（一）理论基础势垒厚度的增加会导致电子和空穴在势垒内的相互距离减小，这将使它们之间的库仑力增强，进而增加激子的结合能。
另一方面，随着势垒厚度的变化，电子和空穴的能级结构也会发生变化，从而影响激子的形成和稳定性。
（二）实验研究通过实验测量不同势垒厚度下的激子结合能，我们发现随着势垒厚度的增加，激子结合能呈现先增大后减小的趋势。
这是因为当势垒厚度适中时，电子和空穴的库仑力达到最大，但过大的势垒可能会破坏其结构的完整性，反而减弱了结合力。
三、压力效应的影响在量子阱中引入压力是调整激子性质的另一种重要方法。
在一定的压力范围内，压力可以有效地改变量子阱的能级结构，从而影响激子的行为。
（一）压力对能级结构的影响随着压力的增加，量子阱的能级结构会发生变化，导致电子和空穴的能级发生移动。
这种移动会直接影响激子的形成和稳定性，从而改变激子的结合能。
（二）实验与模拟分析通过实验测量不同压力下的激子结合能变化，我们发现随着压力的增加，激子结合能也呈现一定的变化趋势。
通过模拟分析，我们发现这种变化与压力对量子阱能级结构的影响密切相关。
2016年南开大学研究生考研813半导体物理考试大纲一．半导体中的电子状态１.原子中的能级和固体中的能带电子的共有化运动；能带的形成；sp3轨道杂化２.半导体中的电子状态和能带波函数特性；E(k)~k关系及布里渊区；k空间概念及其态密度；Si，Ge，GaAs的第一布里渊区越考考研３.半导体中电子的运动共有化运动速度；加速度；电子的有效质量；半导体、绝缘体和导体的区别４.空穴空穴的定义；空穴的特征参数５常见半导体的等能面和能量极值k空间等能面；多极值情况６.Ge Si GaAs的能带导带结构；价带结构７.杂质和杂质能级杂质存在方式；杂质能级；杂质补偿；等电子杂质；Ⅲ-Ⅵ族化合物中的杂质二．热平衡载流子浓度１.分布函数费米分布；玻尔兹曼分布２.状态密度能量态密度函数３.平衡载流子浓度公式（非简并）电子和空穴浓度；浓度积np４.本征半导体的载流子浓度与费米能级５.杂质半导体的载流子浓度与费米能级电子在杂质能级上的分布；不同温度区间的n,p和Ef６.杂质补偿半导体的载流子浓度７.简并半导体简并半导体概念；简并条件三．弱场下载流子的运动１.载流子的散射和迁移率漂移速度，迁移率，电导率；平均自由时间，散射几率２.散射机构晶格振动；晶格散射；电离杂质散射３.迁移率；电导率μ~τ的关系；σ~τ的关系；电导有效质量；迁移率，电导率与Ni和温度T的关系４.霍耳效应霍耳系数；霍耳角；两种载流子同时导电时的霍耳效应；霍耳效应的实际应用６.磁阻现象物理磁阻；几何磁阻７.电导，霍耳效应的统计分布玻尔兹曼方程；弱场情况的分布函数；球形等能面半导体的电导率；霍耳系数的统计四．非平衡载流子及其复合１.非平衡载流子的产生非平衡态；非平衡载流子的复合和寿命；准费米能级２.平衡载流子的扩散越考考研运动扩散电流；非平衡载流子的扩散分布３.非平衡载流子的漂移电流和扩散电流非平衡载流子的漂移和扩散；爱因斯坦关系４.电流连续性方程５．非平衡载流子的复合过程直接复合；间接复合；表面复合；俄歇复合；陷阱效应五．P-N结１.P-N结的结构２.平衡P-N结的特性空间电荷区；内建电场；能带，费米能级；P-N结接触电势差；势垒区的载流子分布３.P-N结的电场和电位分布及势垒区宽度突变结势垒区的电场，电位；线性缓变结势垒区的电场，电位４.P-N结的电流电压特性非平衡P-N结的变化；理想P-N结电流电压方程；P-N结偏离理想方程的因素（势垒区的产生电流；势垒区的复合电流；正向大注入效应；实际的I-V曲线）５.P-N结电容势垒电容；扩散电容６.P-N结击穿雪崩击穿；隧道击穿；热击穿７.异质结理想异质结的能带图；电势，结宽和电容；界面态的影响六．半导体表面１.表面电场效应表面电荷的五种状态２.表面空间电荷区的电场，电势，电容３.理想MOS结构的C（V）特性４.实际MOS结构的C（V）特性金属与半导功函数差的影响；氧化层固定电荷的影响；可动电荷的影响；界面态的影响５.金属半导体接触理想肖特基模型；巴丁模型；肖特基势垒的整流特性；肖特基结特点；欧姆接触七．半导体的光学性质1．本征吸收直接跃迁吸收；间接跃迁吸收；激子吸收；自由载流子吸收；杂质吸收；晶格吸收２.半导体的光电导定态光电导；光电导的弛豫３.半导体光生伏特效应４.半导体发光辐射复合跃迁；非辐射复合跃迁５.半导体激光半导体受激发射的条件；P-N结激光器八．强电场效应１.强电场下的非线性电导热载流子，晶格温度；非线性电导２.表面量子化３.半导体超晶格和多量子井。
