1) heterojunction diode
异质结二极管
1.
Research advances in electronic devices and photoelectricity transition devices such as tunneling diode, heterojunction diode, varied capacitance diode, single electronic transistor, solar cell and light emitting diode(LED)using hydrogenated nano-crystalline silicon(nc-Si:H)films are reviewed in this paper.
介绍了氢化纳米硅(nc-Si∶H)薄膜在电子学器件和光电转换器件(如隧道二极管、异质结二极管、变容二极管、单电子晶体管、太阳能电池、发光二极管)等方面的研究进展,分析了这些器件的性能与nc-Si∶H薄膜结构之间的关系,阐述了新型器件的优点。
2.
Under light illumination,the ZnO/Si heterojunction diode presented a remarkable photocurrent effect.
光照时,ZnO/Si异质结二极管呈明显的光生电流效应。
2) SiGeC/Si heterojunction power diodes
SiGeC/Si异质结功率二极管
4) double heterojunction diode
双异质结二极管(光)
5) four-heterojunction diode
四异质结二极管[光]
6) five-layer four-heterojunction diode
五层四异质结二极管<光>
补充资料：半导体双异质结激光二极管
半导体激光器的一种，简称DH激光器。DH激光器中的双异质结为三层结构，外侧为宽带隙半导体，中间一层为窄带隙半导体（图1a ）。PN结通常位于DH激光器的一个异质结处，DH激光器的中间夹层就是有源层。DH结构既提供载流子又是优良的光波导。在PN结加上足够的正向偏置，使注入的载流子在有源层中达到反转分布，当谐振腔中的增益等于损耗时，有源区内就可获得稳定的受激光振荡，同时从腔端面发射出激光束（图2）。 1962年 R.N.霍耳等对 GaAs二极管在 77K下加脉冲电流, 观察到受激光发射。此后, 人们致力于研究室温下连续激射的激光器。 1967年研制成功单异质结激光器, 1970年制出双异质结激光器。 从采用同质结、 单异质结到 DH结构, 激光器在室温下的脉冲阈电流密度Jth由几十万安／厘米2 逐步下降到几千安／厘米2。 1970年秋，GaAs/Ga1-x AlxAs激光器在室温下实现连续激射。
DH结构的优点是载流子和光都能极好地限制在有源区内，有利于实现室温连续激射。图1b为DH激光器正向偏置下的能带图。有源区的P侧有一电子势垒，N侧有一空穴势垒，它们分别阻止电子或空穴流出有源区，载流子几乎全限制在有源区内,使得注入到有源区中的载流子浓度N足够高。而受激发射增益系数gNm(室温m＝2～3)，因而增益加大。有源区可采用P型、N型或不掺杂的半导体材料，并适当选择异质结中的宽带隙材料，使其折射率和中间窄带隙材料的折射率之差超过5％（图1c），这时，在有源区中传输的光受到更强的波导约束,把光场有效地限制在有限区内（图1d）。光的近完全限制使光的衍射损耗降到最小。对轻掺杂DH激光器，阈值电流密度Jth满足如下关系
式中β为空间增益因子;α为损耗系数;L为腔长；R1、R2分别为两端面的反射率；J0为常数。DH激光器的β很大、α 很小,所以Jth就小得多。同时由于N 大、β大和α 小，这使得内量子效率ηi很高。
半导体激光器的Jth与温度的关系如下
Jth＝Aexp(T/T0)
式中A和T0都为常数,T0称为特征温度。DH激光器由于注入载流子的弥散效应减到最低，因而具有比同质结和单异质结高得多的T0，也即前者的Jth随温度的变化比后两者慢得多。 DH激光器的另一优点是Jth随有源区厚度d的减薄线性下降。这是因为DH结构能把载流子和光有效地限制在有源区内。有源区厚度d 比载流子扩散长度LD(LD一般为2～5微米)小得多时，载流子均匀填满有源区，复合均匀地发生在有源区内。 Jth 随d的减薄而线性下降。当d＜0.3微米时,有部分光场漏出有源区,Jth逐渐偏离线性关系；最后导致Jth又逐渐回升,这就要求在采用减薄d的方法降低Jth时,d不应小于0.1微米。由于DH激光器具有Jth低、ηi高和T0大的优点，为室温下连续激射提供了可能性。
通常的DH激光器采用矩形波导式的谐振腔。图2为V形槽衬底掩埋条形In1-xGaxAsyP1-y/InP DH激光器结构示意图。在生长方向(x),由异质结构成波导的界面;在出光方向(y),利用晶体的天然解理面构成F-P谐振腔面;侧向(z)采用条形结构。条形分两类：①增益波导条形,构成波导的侧向材料与有源区的相同，只是在有源区两侧采用隔离技术,让电流只能从中间的窄条有源区流过,由注入载流子产生的受激发射增益来提高有效折射率，从而构成侧向的折射率差。这一类条形有电极条形、平面条形、H+轰击隔离条形等结构。由于增益波导特性随注入电流而变化，因而这类激光器模式特性较不稳定。②折射率波导条形，即在有源区的两侧采用折射率较小的材料。这类条形结构有掩埋条形、脊形波导条形、V型衬底掩埋条形等结构。构成波导的折射率阶跃不随注入电流变化,因而器件性能稳定。只要条宽小于2～5微米,就可获得单基横模。条形结构的条宽相当窄 (一般为 2～15微米),进一步降低了Jth;同时又提供了有源区的横向散热，使结温不致升得太高。采用DH加条形结构的激光器容易获得室温连续激射。Ga1-yAlyAs/Ga1-xAlxAs 和In1-xGaxAsyP1-y/InP DH激光器已实现室温连续激射。其特性可用如下三点表征。①输出光功率 P和输入电流关系：通常Ith为几十毫安;P为5～80毫瓦;ηd为20％～70％。②模式特性:许多重要应用要求激光器以单基横模工作，单基横模的近场分布为单峰。光束发射角大约为10°×50°。多数激光器的光谱有3～5个纵模，谱线半宽为10～25埃。有的激光器具有单纵模特性,其半宽为0.1～2埃。不仅在直流下而且在高频调制下也能保持单纵模的，则称为动态单纵模激光器。谐振腔可采用分布反馈、锁模、外腔、耦合腔或短腔等形式。③退化特性：当激光器的光输入功率超过损伤阈值Pt时, 腔面上的PN结处会出现损伤直至毁坏。在Pt以下，器件性能会随工作时间的增加而逐渐变坏,称为退化。为了保证激光器可靠工作，要求退化率足够低,寿命足够长。对于GaAs/Ga1-xAlxAsDH激光器, 寿命τ和温度T 服从下式关系
式中τ0为常数，EA为失效模式的激活能, k为玻耳兹曼常数，Tj为结温。可采用提高温度加速老化的办法来推算器件的寿命。 某些优级 Ga1-yAlyAs/Ga1-xAlxAs 和In1-xGaxAsyP1-y/InP DH激光器的外推寿命可以超过一百万小时。为了得到长寿命器件，要尽量降低有源层材料的位错和异质界面的失配位错，减小外延中O2的玷污，减小键合应力以及采用腔面镀保护膜等措施。
DH激光器的中心层是受激光振荡的有源层。根据所需的波长，由公式 (λ的单位为微米, Eg的单位为电子伏)来选取有源层的材料。为了得到高的发光效率,还需要选用直接带隙材料。工艺的关键是生长晶格匹配的异质结及亚微米级的有源薄层。已经研制成功的DH激光器及其对应的激射波长为:Ga1-yAlyAs/Ga1-xAlxAs(0.68～0.91微米)； In1-xGaxAsyP1-y/InP(1.1～1.65微米)；In1-xGaxAsyP1-y/GaAs1-yPy(0.59～0.63微米)；Pb1-xSnxTe/PbTe（6.5～32微米）。尚在研究中的有：GaInAsSb／GsSb；GaInAsSb／InAs；AlGaAsSb／GaSb；AlGaAsSb/InAs;AlGaInAs/InP等(见半导体激光二极管)。
参考书目
H.C.Casey, M.B.Panish, Heterostructure Lasers,Academic Pr.,New York,1978.
DH结构的优点是载流子和光都能极好地限制在有源区内，有利于实现室温连续激射。图1b为DH激光器正向偏置下的能带图。有源区的P侧有一电子势垒，N侧有一空穴势垒，它们分别阻止电子或空穴流出有源区，载流子几乎全限制在有源区内,使得注入到有源区中的载流子浓度N足够高。而受激发射增益系数gNm(室温m＝2～3)，因而增益加大。有源区可采用P型、N型或不掺杂的半导体材料，并适当选择异质结中的宽带隙材料，使其折射率和中间窄带隙材料的折射率之差超过5％（图1c），这时，在有源区中传输的光受到更强的波导约束,把光场有效地限制在有限区内（图1d）。光的近完全限制使光的衍射损耗降到最小。对轻掺杂DH激光器，阈值电流密度Jth满足如下关系
式中β为空间增益因子;α为损耗系数;L为腔长；R1、R2分别为两端面的反射率；J0为常数。DH激光器的β很大、α 很小,所以Jth就小得多。同时由于N 大、β大和α 小，这使得内量子效率ηi很高。
半导体激光器的Jth与温度的关系如下
Jth＝Aexp(T/T0)
式中A和T0都为常数,T0称为特征温度。DH激光器由于注入载流子的弥散效应减到最低，因而具有比同质结和单异质结高得多的T0，也即前者的Jth随温度的变化比后两者慢得多。 DH激光器的另一优点是Jth随有源区厚度d的减薄线性下降。这是因为DH结构能把载流子和光有效地限制在有源区内。有源区厚度d 比载流子扩散长度LD(LD一般为2～5微米)小得多时，载流子均匀填满有源区，复合均匀地发生在有源区内。 Jth 随d的减薄而线性下降。当d＜0.3微米时,有部分光场漏出有源区,Jth逐渐偏离线性关系；最后导致Jth又逐渐回升,这就要求在采用减薄d的方法降低Jth时,d不应小于0.1微米。由于DH激光器具有Jth低、ηi高和T0大的优点，为室温下连续激射提供了可能性。
通常的DH激光器采用矩形波导式的谐振腔。图2为V形槽衬底掩埋条形In1-xGaxAsyP1-y/InP DH激光器结构示意图。在生长方向(x),由异质结构成波导的界面;在出光方向(y),利用晶体的天然解理面构成F-P谐振腔面;侧向(z)采用条形结构。条形分两类：①增益波导条形,构成波导的侧向材料与有源区的相同，只是在有源区两侧采用隔离技术,让电流只能从中间的窄条有源区流过,由注入载流子产生的受激发射增益来提高有效折射率，从而构成侧向的折射率差。这一类条形有电极条形、平面条形、H+轰击隔离条形等结构。由于增益波导特性随注入电流而变化，因而这类激光器模式特性较不稳定。②折射率波导条形，即在有源区的两侧采用折射率较小的材料。这类条形结构有掩埋条形、脊形波导条形、V型衬底掩埋条形等结构。构成波导的折射率阶跃不随注入电流变化,因而器件性能稳定。只要条宽小于2～5微米,就可获得单基横模。条形结构的条宽相当窄 (一般为 2～15微米),进一步降低了Jth;同时又提供了有源区的横向散热，使结温不致升得太高。采用DH加条形结构的激光器容易获得室温连续激射。Ga1-yAlyAs/Ga1-xAlxAs 和In1-xGaxAsyP1-y/InP DH激光器已实现室温连续激射。其特性可用如下三点表征。①输出光功率 P和输入电流关系：通常Ith为几十毫安;P为5～80毫瓦;ηd为20％～70％。②模式特性:许多重要应用要求激光器以单基横模工作，单基横模的近场分布为单峰。光束发射角大约为10°×50°。多数激光器的光谱有3～5个纵模，谱线半宽为10～25埃。有的激光器具有单纵模特性,其半宽为0.1～2埃。不仅在直流下而且在高频调制下也能保持单纵模的，则称为动态单纵模激光器。谐振腔可采用分布反馈、锁模、外腔、耦合腔或短腔等形式。③退化特性：当激光器的光输入功率超过损伤阈值Pt时, 腔面上的PN结处会出现损伤直至毁坏。在Pt以下，器件性能会随工作时间的增加而逐渐变坏,称为退化。为了保证激光器可靠工作，要求退化率足够低,寿命足够长。对于GaAs/Ga1-xAlxAsDH激光器, 寿命τ和温度T 服从下式关系
式中τ0为常数，EA为失效模式的激活能, k为玻耳兹曼常数，Tj为结温。可采用提高温度加速老化的办法来推算器件的寿命。 某些优级 Ga1-yAlyAs/Ga1-xAlxAs 和In1-xGaxAsyP1-y/InP DH激光器的外推寿命可以超过一百万小时。为了得到长寿命器件，要尽量降低有源层材料的位错和异质界面的失配位错，减小外延中O2的玷污，减小键合应力以及采用腔面镀保护膜等措施。
DH激光器的中心层是受激光振荡的有源层。根据所需的波长，由公式 (λ的单位为微米, Eg的单位为电子伏)来选取有源层的材料。为了得到高的发光效率,还需要选用直接带隙材料。工艺的关键是生长晶格匹配的异质结及亚微米级的有源薄层。已经研制成功的DH激光器及其对应的激射波长为:Ga1-yAlyAs/Ga1-xAlxAs(0.68～0.91微米)； In1-xGaxAsyP1-y/InP(1.1～1.65微米)；In1-xGaxAsyP1-y/GaAs1-yPy(0.59～0.63微米)；Pb1-xSnxTe/PbTe（6.5～32微米）。尚在研究中的有：GaInAsSb／GsSb；GaInAsSb／InAs；AlGaAsSb／GaSb；AlGaAsSb/InAs;AlGaInAs/InP等(见半导体激光二极管)。
参考书目
H.C.Casey, M.B.Panish, Heterostructure Lasers,Academic Pr.,New York,1978.
说明：补充资料仅用于学习参考，请勿用于其它任何用途。
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