第八章 半导体发光 研究一种新型半导体材料，首先是要对它的光电以及结晶品质等进行研究。对于光电子材料。对它的发光性质的研究是一个重大课题，有大量的工作可做。可以说每一种光电子材料的光学性质研究都有大量文献报道。通过对材料的发光性能的研究，可以判定材料的生长质量，发光特性，杂质情况，杂质电离能，适合不适合制作发光器件等。 画光谱图 1. 辐射跃迁：处于激发态的电子向较低的能级跃迁，同时发射光子的过程。要求系统处于非平衡状态，一般通过一些外加的激发手段才能达到。 电致发光：电流激发。 阴极射线发光：电子束激发。 光致发光：光激发，入射光子能量要大于材料禁带宽度。 2．发光波长与能量的关系：λ=c/v=hc/E=1240/E（nm），E 单位为电子伏特（eV） 3．带-带跃迁：导带的电子跃迁到价带，与空穴复合，自由载流子复合。（激子效应对半导体发光光谱有更重要的影响，但在较高实验温度下和对于纯度较差的样品，可以观察到带-带跃迁） 发光光谱形状：F(hv )∝( hv )2（hv-Eg）1/2 exp-(hv-Eg)/KT 特征：发光峰在 Eg 附近。发光峰具有一个高能量尾部，在 hv=Eg 处，低能量边缘突然截止。在低激发情况，发射峰的半峰宽近似等于0.7kT。随掺杂浓度增加和费米能级深入导带，发光峰峰位置和高能边缘均向高能量方向移动。增加激发和升高温度也可导致发光向高能方移动。自吸收导致实验观测的发光光谱向低能方向漂移。 K：玻尔兹曼常数，8.62x10-5 电子伏特/度。300K 时，KT 约 26meV。77K 时，KT 约 6.6meV。 4． 自由激子：自由电子和自由空穴由与库仑力作用而束缚在一起所形成的系统，可 在晶体中运动。电子与空穴之间的作用类似与氢原子中电子与质子的相互作用。自由激子代表了低激发密度下纯半导体中电子和空穴的能量最低的本征激发态。（对足够纯的半导体材料，低温下本征辐射复合的主要特征可以是激子复合导致的狭窄谱线。按激子复合发光模型，发光谱低能端应在激子波矢0 对应的激子能量处突然截止，考虑激子效应时，有时还需考虑激子和光子耦合导致的激子极化激元的效应，可以解释实验观察到的发光谱线的低能带尾）。温度较低，材料纯度较高时可观察到。 发光峰能量：hv = hv =Eg-Eex 束缚能：Eex=-mr*q4/8εr2ε02 h2n2 = （mr* /mo）（13.6/εr2 ）（1/n2） mr*为电子和空穴的折合质量 mr*=mp* /（mp*+mn*） mp* ，mn*分别是空穴和电子的有效质量。（在杂质原子里（如施主...
