Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体LED原件在线视频

我下面要讲的

主要是讲它的工作原理

讲发光二极管的工作原理

工作原理我刚才讲了

它一定得形成一个PN结

有N型有P型

形成一个PN结

PN结

两端都给它加上正向电压

PN结

它形成PN结

由于扩散

它就会什么

形成一个

反向电场

耗尽层

形成反向电场

就是说对PN结

加上外部电压的时候

注意P型加正电

N型加负极

那么这个时候

它就会形成载流子注入

怎么个载流子注入法

就是N型区的电子

注入到P型

P型的空穴注入到N层

注入到N型

注意 对于P型来讲

N是少子

少子注入到P型

少子作为少子的电子

从N型注入P型

作为少子的空穴

用P型注入N层

注入起以后

它就复合发光

一复合发光

它的发光的频率

就跟半导体材料的禁带宽度有关

跟禁带宽度相对应波长的光

就会发射出来

就像现在能带图所表示的

这是不加偏压的时候

这是偏压加偏压的时候

它是少子注入

这是少子注入

这一少子注入

那就发生复合

这一发生复合

它就发出光来

注意光的波长

一定跟禁带宽度有关系

如果写成公式我讲了

λ用纳米来表示

等于1240比上Eg

Eg用电子伏来表示

它就是它的工作原理

是这么一个工作原理

那么好了

注意 我们说发光二极管

所用的半导体材料

都是化合物半导体

它的优点是什么

它为什么用化合物半导体

不用元素半导体

两条最重要的理由

第一条

它是直接发光型的

发光效率非常高

不是间接的

第二条

它的禁带宽度可以调

禁带宽度可以调是什么意思

就是说在元素周期表当中

这是三族的

这是五族的

注意 三族 五族的

它们要组成什么样的结构

组成闪锌矿或者是纤锌矿的结构

注意

我这里边

给了三种晶体结构

这个是金刚石

这个是闪锌矿

这个是纤锌矿

注意 金刚石

大家伙都知道

它是什么

立方晶系

面心立方点阵

金刚石结构

那么闪锌矿

注意它是什么

它是立方晶系

面心立方点阵

闪锌矿结构

纤锌矿

是六方晶系

简单六方点阵

纤锌矿结构

先把它弄清楚了

注意 我们看看金刚石结构

跟闪锌矿结构

闪锌矿结构跟金刚石结构

这两个大同小异

它异的地方在哪儿

就是如果白的换成黑的

如果把四个白的换成黑的

它就是它

它跟它就一样了

那么它闪锌矿

注意闪锌矿

二者它是一比一的

注意它是一比一的

为什么是一比一的

我刚才讲了

它是个立方精细

面心立方点阵

闪锌矿结构

注意它是面心立方的

我们注意它黑的

它每一个晶胞是四个原子

看白的空心的也是四个

4比4不是1比1

4比4就是1比1

那么白的

占据在它什么位置

是占据它面心立方的四面体间隙

注意它四面体间隙占了一半

本来这有一个

后边有一个

这儿有一个

前边有一个

前边有一个 后边有一个

后边有一个

前边有一个

这统共有八个四面体间隙

但是白的占了4个

面心立方当中有4个原子

白的里边也有4个

这正好是1比1的

所以如果白的换成黑的

就跟金刚石是一样的

那么纤锌矿也有同样的道理

我不详细讲

理解它

它是一个闪锌矿的结构

注意

我们说三五族化合物半导体

我们可以把黑的

全部填上三族的

把白的全部填成五族的

如果比方说是砷化镓

这是镓这是砷

这就是砷化镓

所以

它组成了一个混晶

这是化合物半导体

在没掺杂以前

它也是本征半导体

不要弄糊涂了

说化合物半导体

不是本征半导体

这是两个概念

什么叫本征非本征

没有掺杂了叫本征

掺杂了以后就是掺杂半导体

它是一个化合物半导体

注意三族 五族

分别占据不同的位置

黑的如果是三族

白就占据五族

白的如果占三族

黑的就占五族

三五族 三五族

那么我们再回头看

注意 它是一个闪锌矿的

那么三族的 五族的

注意 三族这里头

可以是A 可以是铝

可以是镓可以是铟

那么这里边

它就可有置换性

那什么叫可置换性

就是这个道理

不是说这都是黑的

这个黑的也可以是三族的铝

也可以是镓

也可以是铟

铝镓铟都占在黑的位置上

就是说它有置换性

同样五族

可以是磷

可以是镓

甚至可以是氮

它也有置换性

它有置换性

那么它的置换是多少

可以随便调

它可以有置换性

有可以使调节性

它置换性可以调节性

注意置换性 调节性

这就为改变它的禁带宽度

创造了条件

元素半导体

不能调

它禁带宽度是定下来的了

而且它又间接跃迁的了

化合物半导体

它首先是直接跃迁的

它发光效率很高

这是一条优点

另外

它还可以置换

怎么叫置换

就在这个图的

比方说我们黑的叫A位

白的叫B位

A位上

可以选择铝

也可以选择镓

也可以选择铟

铝镓铟相互置换

而且它是无序的

可以在什么位置

只要在A位就行

B位上

可以在五族上选

可以选氮

也可以选砷

也可以选磷

氮磷砷都可以选

而且

它也是无序的

也可以是任意的

数量多少也是任意的

总而言之三五族化合物

组成一个混晶材料

在A位上可以选三族的

B位上可以选五族的

选择可以是二元的

也可以是三元的

那么五族

也可以是二元的

也可以是三元的

那么这样组成的化合物半导体

就是有各种各样的类型了

可以是二元

可以是三元的

可以是四元的

可以是五元的

甚至可以是六元的

那么这么选择它干什么

目的是什么

目的在于调整它的禁带宽度

注意 调整禁带宽度

是我们做化合物半导体当中

一个非常非常得力的一个手段

怎么个调整法

我们看从元素周期表当中

元素如果从

越从下边

它的禁带宽度越窄

越往上走禁带宽度越宽

注意 从元素周期表

无论是三族还是五族

下边的 配起来禁带宽度窄

上边的配起来禁带宽度宽

那么如果多选它

多选它 禁带宽度就很宽

如果多选它 多选它

禁带宽度就很窄

那这样就为我们

调整半导体的禁带宽度

创造了一个极好的条件

你们看化合物半导体

有两大优点

注意 第一大优点是

直接跃迁的发光效率很高

第二条

通过调整三族 五族的

元素的含量

可以很方便的调整

它的禁带宽度

那调整禁带宽度

就意味着可以发出

不同波长的光来

可以发出不同颜色的光出来

那这样当然很好了

这是我们所需要的

你们看表当中

注意 红的

砷化镓铝

黄的磷镓

什么绿的什么什么

这后走

往后一走

近紫外的

甚至蓝光

氮化镓铟

注意氮化镓铟它利用了什么

利用氮往上走

蓝的禁带宽度宽

越往上走

禁带宽度越宽

越往下走禁带宽度越窄

越往上走禁带宽度越宽

越往下走禁带宽度越窄

任何配 一配

两个一配产生不同的光出来

三个一配

这边三个一配

也可以产生

也就是说在可见光范围之内

一直红外砷化镓

到什么

紫外氮化镓

在这个范围

广泛的范围之内

只要选择

三五族化合物半导体的

这种数量相对量的多少

就可以

完全可以配出

发出不同光的

发光二极管出来

那么现在有一个问题

禁带宽度

为什么越是周期表往上走

它禁带宽度越宽

因为它键比较强

它晶体约束比较强

因此它的禁带宽度比较宽

比如拿四族半导体

我们说四族半导体

我们常说的是硅锗

实际上碳 金刚石

也是一种半导体材料

只不过是这种半导体材料

禁带宽度很宽

大概五点几个电子伏

硅1.1个电子伏

锗0.7个电子伏

那么它的禁带宽度是不一样的

为什么禁带宽度不一样

因为越往上走禁带宽度越宽

话又说回来越往上走

它都是金刚石结构

金刚石结构

都是金刚石结构

但是它的键强是不一样的

为什么键强不一样

它的键长越来越短

越往上走越来越短

越来越短它的键强

键一强 禁带宽度宽

如果以它做发光二极管

它发出来的波长越短

一定把道理弄清楚了

化合物半导体

它是直接要前行的

化合物半导体

发出来的波长是可以调整的

为什么

它禁带宽度是可以调的

这就为发光二极管

创造了一种极好的条件

化合物半导体

按其构成组元

也可以成为二元型

三元型等等

当然相应半导体特征

也会进行很大的变化

怎么变化

我刚才讲的这一套

直接跃迁型的

可以调整宽度

它的结构是什么结构

举这个例子

闪锌矿的例子

A位B位

它有什么

有置换性

有无限性

有置换性 有无限性

所以通过调整它的成分

就可以改变它的波长

改变它的禁带宽度

你们看下边图

下边图可以看得很清楚

拿三五族的

这几个打黑框的这几个

三五族的

你们看看三五族的

越往上走

它的禁带宽度越宽

越往上走禁带宽度越宽

越往下走

禁带宽度越窄

你们看砷化镓 红外的

砷化镓是红外的

到了磷化镓

就到了可见光范围之内了

氮化镓它是什么

它是紫外的

到了氮化铝

那就是禁带宽度很宽了

六点几个电子伏很宽了

到了氮化铟它就是什么

它就也是红外的了

红外区域

也就是说随着元素

在元素周期表当中

越往上走

越往上走禁带宽度越宽

越往下走禁带宽度越窄

好 我以上不厌其烦的讲

化合物半导体它的特点

它的结构如何调整它的禁带宽度

在这以前就讲了PN结

它的一个是扩散运动

一个是漂移运动

扩散运动

形成反向电场

形成耗尽层

耗尽层是对于半导体

发光二极管

光电二极管等等这些

都是理解它的最最重要的

最最重要的关键的地方