发光二极管正向电学特性

摘要

半导体发光二极管的电学和光学特性一直以来倍受广大研究学者关注。本文运用自建的表征方法对发光二极管的电学特性进行了精确测量，并利用基本物理学原理对p-n结电学特性进行了详细的理论计算。主要工作可以概括如下：
　　1、对发光二极管的特点、分类和应用以及电学特性的研究现状进行了回顾，并对表征其正向电学特性的传统方法以及自建的基于正向交流小信号结合直流I-V特性的方法作了简单概述。
　　2、利用精密阻抗分析仪对发光二极管的正向电学特性作了精确测量。实验结果表明，所有测试的发光二极管在一定条件下（低频率和较高电压）都会出现明显的负电容。在对表观电容随电压和频率的变化关系仔细分析后，定量地得出了负的终端电容随电压和频率变化的经验公式。实验还表明，不同发光二极管的表观电导几乎不随频率变化，且与电压呈指数变化；结电容和结电导的变化规律与表观电容和表观电导变化规律一致，但在数值上存在较大差异，尤其是结电容比表观电容大好几个数量级。同时还对发光二极管的结电压、串联电阻和理想化因子做了详细分析。
　　3、利用基本物理学原理，对一维对称p-n结的电学特性做了详细计算。首先，根据“先进半导体器件理论”中提出的考虑了p-n结各区域压降的等效电路，找出p-n结内各区域压降之间存在的关系；其次，结合载流子的连续性方程、泊松方程等基本物理方程以及边界条件对完全对称型p-n结的电学特性进行了详细计算（主要包括电流、电导和电容）；此外，还对所有对电流有贡献的项单独进行了考察，进而得出了复合、扩散、边界效应等对电流、电导、和电容的贡献，并找出了产生负电容的主要因素；最后详细计算了载流子复合寿命对电容、电导的影响。
　　经典Schockley p-n结理论在大电流下只考虑了扩散对电容的贡献，而扩散电容随电压呈指数增加。显然，由实验和理论得到的负电容难以在该理论框架下被解释，但当考虑所有对电流有贡献项后却能够自然地得到负电容，因而该实验和理论结果将具有非常重要的理论研究价值，将有助于经典Schockley p-n结理论的修正和推动“先进半导体器件理论”的发展。

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第一章 绪论

1.1半导体发光器件的发展

1.2 半导体二极管的分类

1.3发光二极管电学特性的研究现状

1.4 p-n结电学特性研究现状

1.5作者的主要工作

第二章 测量方法

2.1传统的I-V测量方法

2.2传统的C-V测量方法

2.3 基于并联模式的正向交流小信号测试方法

2.4 基于串联模式的正向交流小信号法

2.5半导体二极管电参数的实际求解

第三章 发光二极管正向电学特性实验

3.1 发光二极管的表观特性

3.2发光二极管的结特性

3.3 小结

第四章 p-n结电学特性理论计算

4.1 肖克莱理论模型框架下的p-n结交流小信号特性

4.2 利用基本物理原理对p-n结特性的分析

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢