Лекции Таноса / KOE-10_-_Poluprovodnikovaya_optoelektronika
.pdf
1
Полупроводниковая 
оптоэлектроника
2
Полупроводники в оптоэлектронике
Полупроводник - вещество, основным свойством которого
является сильная зависимость удельной проводимости от воздействия внешних факторов (температуры, электрического поля,
света и др.)
|
Полупроводники |
|
|
Неорганические |
Органические |
Кристаллические |
Аморфные (стеклообразные) |
|
Немагнитные |
Магнитные |
|
Элементы |
Химические соединения |
Твердые растворы |
Ge |
А3В5 |
А4В4 |
Si |
А2В6 |
Прочие |
Прочие |
А4В6 |
|
|
|
|
3
Кристаллическая структура и политипизм
4
Прямозонные и непрямозонные ПП
E E
L |
EgΓ |
Eg |
|
V
co
(000)
L Г k
[111]
EX |
|
|
g1 |
|
|
Eg2X |
Eg1= EgΓ |
Eg2= Eg2X |
x
V1
V3 Vk2 X
[100]
5
Твердые растворы
nИдеальный ТР замещения - кристалл с идеальной решеткой, по соответствующим узлам которой статистически независимо распределены различные атомы составляющих твердый раствор компонентов
|
|
|
|
|
|
V(r) = V0(r) + V1(r) |
|
|
|||||||||
|
|
L >> a |
|
|
|
|
|
V0(r) >> V1(r) |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n Псевдоатомы
nЗакон Вегарда: a = aAx+aB(1-x)
nr < 15%
6 |
Виды твердых растворов |
|
n Трехкомпонентные
n x(AC)+(1-x)(BC) - AxB1-xC
n (AlxGa1-xAs; Gaxln1-xAs)
n x(AB)+(1-x)(AC) - AB1-xCx
n (GaAs1-xPx)
n Четырехкомпонентные
nЗамещение в одной подрешетке
([AlxGa1-x]yIn1-yP и др.)
nЗамещение в обеих подрешетках
(GaxIn1-xPyAs1-y и др.)
nПяти- и более компонентные системы
(GaxIn1-xPyAszSb1-y-z и др.)
7
Трехкомпонентные твердые растворы
nНаиболее близки к идеальным GaAs — AlAs (AlxGa1-xAs)
nrАl, Ga ~ 0,5%
nЭлектроотрицательности Аl и Ga близки
nИзменение ШЗЗ считается отдельно для каждого зазора EgΓ , EgX и EgL
Eg(x) = Eg(0) + [Eg(1) – Eg(0)]x – cx(1 – x)
n с > 0 - коэффициент нелинейности
n Определяется различием свойств компонентов
nпри пересечении зависимостей для разных зазоров – xc – переходной состав
8 |
Изменение энергетических зазоров |
|||||||||
|
||||||||||
|
Eg, эВ |
|
|
|
|
Γ |
|
Т = 300 К |
|
|
|
3.2 |
|
|
|
|
|
3.2 |
|||
|
|
|
|
|
Eg |
|
|
|
||
|
2.8 |
EΓ |
|
EgL |
|
|
|
|
|
2.8 |
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4 |
|
|
EgX |
|
|
|
|
|
2.4 |
|
2.0 |
|
|
|
|
|
EgX |
|
2.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1.6 |
|
|
|
|
xc = 0.39 |
|
|
|
1.6 |
|
1.2 |
xc = 0.46 |
|
|
Ec = 2.27 эВ |
|
EgL |
|
1.2 |
|
|
0.8 |
Ec = 2.0 эВ |
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
EΓ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
g |
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0.0 |
|
|
|
|
|
|
Ü x |
|
0.0 |
|
GaAs x Þ |
GaP |
x Þ |
AlP |
Ü x |
InP |
InAs |
|||
9 |
Изменение ШЗЗ в А3В5 |
|
|
||||
|
|
|
|||||
3 |
|
AlP |
|
|
|
–EgΓ |
|
E g, эВ |
|
AlAs |
|
|
–E X |
|
|
|
|
|
|
|
|||
2.5 |
|
|
|
|
g |
|
|
|
GaP |
|
|
|
– E gL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
AlSb |
|
|
1.5 |
|
GaAs |
|
InP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
GaSb |
|
|
0.5 |
|
T = 0 K |
|
InAs |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
InSb |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.4 |
5.6 |
5.8 |
6 |
6.2 |
6.4 |
6.6 |
|
|
|
|
|
|
a , Å |
|
10 |
4х-компонентные твердые растворы |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
A B C D |
|
|
GaAs |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T = 300 K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GaP |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
||
|
|
|
o |
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
0.4 |
y Þ 0.6 |
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
1.0 |
a = 5,4509 A |
|||||
n |
|
|
a = 5,6532 A 0.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
1.0 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
o |
o |
o |
|
o |
o |
o |
|
o |
o |
|
o |
o |
|
o |
o |
|
1.0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
o |
o |
o |
o |
o |
|
o |
o |
|
o |
|
o |
o |
.o |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o o |
Eo Xo |
|
,o0o |
o |
|
2o |
o |
|
o |
o |
|
2o |
|
||||||||||
|
|
|
|
. |
|
|
1 |
|
|
. |
|
1 |
|
|
|
|
2o |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
5 |
|
|
|
7 |
|
|
o |
o |
o2o |
o |
|
o |
. |
|
o |
|
o |
o |
|
o |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
. |
|
|
1o |
|
o |
o |
|
||||||||||||||
|
x 1 - x y 1 - y |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
8 |
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
oo o |
o =o o |
o o |
o o |
o |
o |
o o |
o |
o |
o |
o o |
o |
o o |
o |
|
|||
|
Четыре бинарных соединения: |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
o |
o |
o |
|
o |
o |
|
o |
o |
|
o |
o |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
o |
o |
|
o |
o |
|
o |
|
o |
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
o |
o |
|
||||||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эВo |
o |
|
o |
o |
|
o |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
. 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
o |
o |
|
o |
|
o |
o |
o |
o |
o |
|
||||
|
0.8 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
0.8 |
|||||
n |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
o |
o |
o |
o |
o |
|
o |
o |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|
o |
o |
|
||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
o |
|
o |
o |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
x Ü |
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
|||||||
|
|
|
|
xÜ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
||||||
|
1 – AC; 2 – BC, 3 – AD |
и |
4 – BD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0.6 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.6 |
|||
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Г |
.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
. |
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ga0.52In0.48P |
|||||
|
Ga0.47In0.53As |
|
|
|
|
|
g |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Арсенид – фосфид галлия – индия |
o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
o |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a = 5,6532 A |
|||||
|
a = 5,8688 A . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
0.4 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.4 |
|||
n |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
GaxIn1 - xPyAs1 - y |
|
|
0.2 |
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
Г. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
Одновременное замещение двух |
0.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.0 |
||
InAs |
0.0 |
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
0.4 |
y Þ |
0.6 |
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
1.0 |
InP o |
|||||||
|
o |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a = 5,8688 A |
||||||
|
|
|
|
a = 6,0584 A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
компонент => |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дополнительная степень свободы
n Независимое управление параметрами:
nпериод кристаллической решетки
nшириной запрещенной зоны
nкоэффициент преломления
nИзопериодные (изорешеточные
структуры)