[键入文字] 实验六 半导体发光器件的电致发光测量 081190088 杨静 一. 实验内容与目的 (1) 了解半导体发光材料电致发光的基本概念。 (2) 了解并掌握半导体显微探针测试台、光纤光谱仪的使用。 (3) 掌握半导体发光材料电致发光特性的测量方法。 二. 实验原理概述 1.辐射跃迁 半导体材料受到某种激发时,电子产生由低能级向高能级的跃迁,形成非平衡载流子。这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后,又回到较低的能量状态,并发生电子—空穴对的复合。复合过程中,电子以不同的形式释放出多余的能量。如跃迁过程伴随着放出光子,这种跃迁成为辐射跃迁。作为半导体发光材料,必须是辐射跃迁占优势。 导带的电子跃迁到价带,与价带空穴相复合,伴随的光子发射,称为本征跃迁。显然这种带与带之间的电子跃迁所引起的发光过程,是本征吸收的逆过程。对于直接带隙半导体,导带与价带极值都在k空间原点,本征跃迁为直接跃迁。由于直接跃迁的发光过程只涉及一个电子—空穴对和一个光子,其辐射效率较高。间接带隙半导体中,导带与价带极值对应于不同的波矢 k,这时发生的带与带之间的跃迁是间接跃迁。在间接跃迁过程中,除了发射光子外,还有声子参与。因此,这种跃迁比直接跃迁的几率小的多,发光比较微弱。 [键入文字] 如果将杂质掺入半导体,则会在带隙中产生施主及受主的能级,因此又可能产生不同的复合而发光。电子从导带跃迁到杂质能级,或杂质能级上的电子跃迁入价带,或电子在杂质能级间的跃迁都可以引起发光,这类跃迁称为非本征跃迁。间接带隙半导体本征跃迁几率较小,非本征跃迁起主要作用。施主与受主之间的跃迁效率较高,多数发光二极管属于这种跃迁机理。在施主—受主对的复合中,过剩电子、空穴先分别被电离的施主和受主看成点电荷,把晶体看作连续介质,施主与受主之间的库伦作用力使受基态能量增大,其增量与施主—受主杂质间距离r成正比,所发射的光子能量为: ην=Eg-(ED+EA)+rπεε402q 式中ED 和EA 分别为施主和受主的电离能,ε是晶体的低频介电常数。对简单的替位施主和受主杂质,r只能取一系列的不连续值,因此,施主—受主复合发光是一系列分离谱线,随着 r的增大,成为一发射带。 2.电致发光 根据不同的激发过程,可以有各种发光过程,如:光致发光、阴极发光、电致发光等。 半导体的电致发光(EL),也称场致发光,是由电流(电场)激发载流子,将电能直接转变成光能的过程。E...