半导体发光材料半导体发光材料带隙
1。半导体的能带
在结晶基板上连续生长半导体n型及p型层后，即形成pn结，当p型及n型层接合时，即形成不加电压和加正向电压的能带图及费米能级，如图1。5所示。
图1中，竖直方向表示能量，对电子而言，愈往上表示能量愈高。 对空穴而言，愈往下表
图1二极管的能带图和费米能级图
示能量愈高。因此，电子要从n型领域进人p型领域(或空穴要从p型领域进人n型领域时)，必须先越过障碍。而与此障碍之“高度”相当的，就是二极管的起始电压V,, (built in volt-age)—正向压降，如图2所示。
图2二极管的起始电压Vb
当正负电压分别加人pn结面之p型层及n型层时，电压超过V6，电流随即急...全部
1。半导体的能带
在结晶基板上连续生长半导体n型及p型层后，即形成pn结，当p型及n型层接合时，即形成不加电压和加正向电压的能带图及费米能级，如图1。5所示。
图1中，竖直方向表示能量，对电子而言，愈往上表示能量愈高。
对空穴而言，愈往下表
图1二极管的能带图和费米能级图
示能量愈高。因此，电子要从n型领域进人p型领域(或空穴要从p型领域进人n型领域时)，必须先越过障碍。而与此障碍之“高度”相当的，就是二极管的起始电压V,, (built in volt-age)—正向压降，如图2所示。
图2二极管的起始电压Vb
当正负电压分别加人pn结面之p型层及n型层时，电压超过V6，电流随即急速增加，这表示电子、空穴已越过障碍，分别向p区及n区移动，这种现象又称为“少数载流子注人”。
亦即，p区由于空穴是多数载流子，因此，当电子进人时，称为少数载流子注人。同样的，注人n型领域的是空穴，也称为少数载流子注人。
不是所有的半导体材料都能发光，半导体材料分为直接带隙材料和间接带隙材料，只有直接带隙材料才能发光。
间接带隙材料:电子不能在导带带底垂直跃迁到价带带顶，它在导带和价带中的动量不相等，因此必须有另一粒子参与后使动量相等，这个粒子的能量为凡。动量为Kp。这种间接带隙材料很难发光，因此发光效率很低，如半导体材料硅(Si)和锗(Ge)。
图3是半导体直接带隙材料，它说明了半导体电阻率的产生方式，并附有各项专有名
3。半导体直接和间接带隙材料图
称。其中，位于导带的载流子称为电子，位于价带的载流子称为空穴，导带与价带之间的部分称为禁带宽度或禁带幅(凡)。
掺杂半导体的电阻率与掺杂浓度及温度有关，说明电子及空穴(电洞)是杂质浓度和温度函数。电子和空穴是有关电性传导的两个重要载流子，电子具有负电荷(negative)、空穴具有正电荷(positive)。
图3是半导体中的电子及空穴在加人电压后所产生的电流流动方向及电子、空穴行走方向之模型图。由图可知，电流流动方向即为空穴流动方向，而电子则朝相反的方向行走。事实上，电子和空穴是同时存在于半导体中，其密度会因温度上升而急剧增加，只要不改变温度，密度大致保持一定。
电子愈多，空穴就越少;而空穴越多，电子就会越少。因此，电子数多的半导体便称n(negative)型半导体，空穴数多者为P(positive)型半导体。而n型半导体的电子数越多(或p型半导体的空穴越多)，电阻就会越低。
空穴和电子导电示意图
2。制造LED的发光条件
(1)化合物半导体晶体的禁带宽度要能够用来获得所希望的发光波长。
(2)发光材料能容易制成pn二极管，各个结层的晶格常数a要匹配。
做成所谓DH层(伪uble Hetero Layer)，但两侧晶格常数a必须一致。
(3)以禁带宽度的材料夹着活性层发光区域的两侧，活性层的带隙比覆面层的带隙小，活性层的折射率比筱面层的折射率大，所发光很容易由内部出射。
(4)能有稳定的物理及化学结构。结晶的离子性高，禁带带宽凡也较大，熔点也较高，所成的化合物半导体晶体材料能在较高温度环境下工作，如GaP、AIP、GaN等化合物的半导体。
(5)有直接迁移带或间接迁移带的晶体。
发光区域多为直接迁移带隙材料，其有较高的
发光效率。电子(空穴)的移动度也比间接迁移带隙材料要高。
能满足上述LED条件的材料有m一V族元素，如稼和砷的G乙As化合物，稼和磷的GaP化合物，稼、砷和磷的稼砷磷化合物GaAsP，铝稼砷ALGaP的化合物，稼和氮的GaN化合物。
部分半导体和掺杂材料在化学元素周期表上的位置如表1所示。
一般在周期表中位于向一周期的元素，其价电子数由左至右逐一增加，例如以第w族的锗为中心，其左边的稼少一个价电子，而右边的砷多一个价电子。
因此，V族的结合(即GaAs)在化学上和第W族的Ge和si一样具有同样的性质。这种化合物称为V族化合物，
部分半导体和掺杂材料在化学元素周期表上的位置
是制作LED最重要的晶体。又比如VI族元素(比锗少两个或多两个价电子)的结合，和V族化合物一样，也有可能成为LED所使用的晶体，但由于某些原因造成VI族化合物尚无法成为制作LED的材料。
此外，碳化硅(SIC)的IV-IV族化合物也可作为LED的材料。收起
