半導(dǎo)體發(fā)光器件課件

1、 半導(dǎo)體發(fā)光器件和光伏電池 物理學(xué)院 金錦成半導(dǎo)體發(fā)光器件1.躍遷在半導(dǎo)體或者絕緣體中電子的躍遷就決定激發(fā)態(tài)。電子的躍遷包括三個(gè)情形。 圖中 A的情形 包括雜質(zhì)和缺陷 a）傳導(dǎo)帶到接受者 b）捐者到價(jià)帶 c）捐者到接受者 B的情形帶間的躍遷 a）很接近的遷過帶隙 b）由積極的電子或熱電子等高能粒子實(shí)現(xiàn)的躍遷 C的情形就是帶內(nèi)躍遷雖然在同一個(gè)物質(zhì)中或同一個(gè)條件下，不是所有的躍遷都會(huì)發(fā)生的。也不是所有的躍遷都發(fā)光的。 2. 發(fā)射的光譜由外部影響而產(chǎn)生的電子空穴是有可能會(huì)復(fù)合。 A) 固有的躍遷（band-band） 由電子和空穴復(fù)合而發(fā)射的光譜是有以下形式來表示。 上式中 每能量 hv 中的態(tài)密度

2、。的平方大致是常數(shù)。這樣他的分布大概就成了Boltzmann 分布，因此表示為 從上式可以知道 強(qiáng)度的峰值接近 Eg ,光譜的寬度與KT成比例關(guān)系。 電子，空穴的有效質(zhì)量，電子的費(fèi)米能級(jí)。 B） 外來的躍遷 載從一個(gè)能級(jí)上升到一個(gè)雜質(zhì)附近的能級(jí)之間的躍遷中發(fā)射能量 hv Eg 電子從傳導(dǎo)帶到價(jià)帶附近的接受者能帶之間躍遷中產(chǎn)生的發(fā)射光譜就滿足公式。 雜質(zhì)的電離能 Ea，峰值強(qiáng)度接近 （ Eg-Ea），寬度與KT成比例關(guān)系。 上圖表示 n形半導(dǎo)體 InSb 在4.2K溫度下 能帶之間的躍遷中發(fā)射的光譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論上的計(jì)算結(jié)果非常符合。 峰值 0.234ev就符合于能帶之間的發(fā)射光，0.228e

3、v就是傳導(dǎo)帶于接受者雜質(zhì)能級(jí)之間的發(fā)射光，只差0.006ev是雜質(zhì)的電離能。 3.發(fā)光效率對(duì)于給定的輸入能量，發(fā)光的效率就由發(fā)射的能量與總輸入能量之比來決定。我們找以下的簡單模型來看發(fā)光效率。 假設(shè)有一個(gè)陷阱能級(jí)為Et在傳導(dǎo)帶底部的下邊 陷阱密度為 Nt，被獲的電子密度為 nt。又可以假設(shè)發(fā)射光的能級(jí)為El，在價(jià)帶邊界上面，密度為Nl，G是空穴電子產(chǎn)生率，還有以下幾個(gè)參數(shù)。 是在發(fā)光中心電子的輻射符合， a0是價(jià)帶的空穴在陷阱中的非輻射的符合， a1是在陷阱中獲得的電子， a2是獲得空穴（或者釋放電子）， 是獲得電子的熱釋放 ， 是熱吸收價(jià)電子或釋放空穴因此在穩(wěn)態(tài)的條件下自由電子密度（n）和被獲得電子密度（nt）， Pl在發(fā)光中心中空穴的密度，自由空穴的密度p。從上面的兩個(gè)等式右邊的第一項(xiàng)就是跟輻射關(guān)聯(lián)的項(xiàng)，第二項(xiàng)是跟非輻射有關(guān)的項(xiàng)，因此我們要求的是光伏電池 最重要的光電伏生器件是太陽能電池，就是有一個(gè)p-n結(jié)表面積很大的器件把太陽輻射直接的轉(zhuǎn)換為電能，效率大約10%或其以上。太陽能電池的基本材料。GaAs，Cu2S-CdS，Se-CdS。 最理想化的等效電路就是恒流源起因于由太陽輻射引起的載流子的激發(fā)。 太陽能電池包含膚淺的p-n結(jié)，IL是恒電流，IS是飽和電流。電流-電壓特征就是 如果很合適的選擇負(fù)載的話，有可能取出接近最大功率的80