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一般而言， p-n 接面可分為同質接面(Homojunction) 與異質接面 (Heterojunction) 。同質接面是指二個相同的材料，其能隙大小相同，但摻雜的雜質不同，一為 n 型半導體，一為 p 型半導體，二者所形成的接面。異質接面是指二個不同的材料，其能隙大小不同，晶格大小相近，二個材料中可能摻雜不同的雜質，二者所形成的接面。若將二個異質接面串接在一起，即成為雙異質接面 (double heterojunction, DH) ，此種結構為目前大部分的半導體雷射所採用。

圖 3-1(a) 所示為同質接面圖，圖 3-1(b) 所示為雙異質接面圖。

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3.1 3.1 同質同質 pnpn 接接面面在這一小節中，我們假設二個相同材料卻均勻地摻雜著分別為 n型和 p型雜質接觸在一起所形成的接面，如圖 3-2所示。

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3.1.1 內建電位接下來我們將以能帶圖的概念來推導內建電場以及內建電位 (built-in potential) 的大小。在接面尚未接觸前， n 型和 p 型半導體的能帶圖如圖 3-3(a) 所示。當 p 型半導體和 n 型半導體接觸而達成熱平衡後，不會有任何的載子流動，因此費米能階必須是一條水平的能階跨越 p-n 接面，如圖 3-3(b) 所示。 內建電位或稱為接觸電位 (contact potential) 為：

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3.1.2 空乏區與接面電容在空乏區中由於空間電荷正負電分離而產生電場，我們可以估計空間電荷的分佈來計算內建電場的大小。如圖 3-4(b) 所示： 由於在 p-n 接面的二側各由正、負電荷佔據，其所形成的電場如圖 3-4(b) 所示，此最大電場的值可計算為： 其中 ε0為真空介電常數，而 εr為相對介電常數。而電位可由圖 3-4(c) 中電場分佈積分得到，即

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3.1.3 順向偏壓當 p-n 接面被施予順向偏壓，即 p 型端施以正電壓 V ，如圖 3-5(a) 所示，此電壓將會使 p 型半導體的能帶下降，或相對地使 n 型半導體的能帶上升，在靠近接面處，原本平衡狀態下一水平的費米能階因受到外加電壓 V 的影響現可用二準費米能階來表示。而其間的能量差異為 eV ，如圖 3-5(b) 所示，這使得在靠近接面處的內建電場變小為 V0-V ，同時也使得空乏區的寬度變窄。

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圖 3-6 為 p-n 接面二極體在理想情況下的電流電壓特性。

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3.1.4 逆向偏壓如圖 3-7(a) 所示，當 p-n 二極體被施予逆向偏壓時，V = -Vr ＜ 0 ，會進一步使內建電位變大為 Vo+Vr，將更進一步阻止多數載子的擴散，而空乏區的寬度也同時變大。在靠近接面處，原本平衡狀態下一水平的費米能階因受到外加電壓的影響現可用二準費米能階來表示，而其間的能量差異為 eVr，如圖 3-7(b) 所示。

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3.2 3.2 異質接面異質接面3.2.1 異質接面的形成異質接面是由二種不同的半導體材料實際接觸在一起而形成的，在同質 p-n 接面中，可用離子佈植或擴散的方式來摻雜形成不同的 p 或 n 型半導體構成接面，而異質接面需要二種不同的半導體，其構成通常藉由磊晶成長的方式將一種半導體直接成長或堆疊到另一種半導體上。

圖 3-8 所示為異質接面的形成和磊晶成長示意圖。

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表 3-1 列出了常用三元化合物能隙與組成的關係式。

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能帶或能隙對齊 (alignment)的方式分為三種，如圖 3-9所示。圖 3-9(a) 為最常見的一種對齊方式。圖 3-9(b) 顯示錯排(staggered) 式的對齊。圖 3-9(c) 為錯開最完全的一種對齊方式。圖 3-9(a) 的對齊方式又被稱為「 Type I 」能帶對齊，圖3-9(b) 和 (c) 則被稱為「 Type II 」能帶對齊。

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3.2.2 非同型異質接面 (anisotype heterojunction)首先討論非同型異質接面，在二材料尚未形成接面前，其能帶圖如圖 3-10(a) 所示。

當此異質接面形成後達到熱平衡，如圖 3-10(b) 所示。

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3.2.3 同型異質接面 (isotype heterojunction)接下來我們仍然使用電子親和力模型來說明 n-N 同型異質接面的能帶圖以及計算其接面的接觸電位，如圖 3-11 所示。

由以上的分析我們可以使用相同的技巧，在電子親和力模型下推得 p-P 和 n-P 接面的能帶圖，分別如圖 3-12 所示。

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表 3-2 列出常見的半導體的電子親和力。

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3.2.4 異質接面電流電壓特性考慮如圖 3-13 之 p-N 異質接面，我們定義 p 型半導體和 N 型半導體的參數如表 3-3 所示：

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當順偏壓 V 施加在此 p-N 異質接面如圖 3-13 (b) 所示，我們可使用在同質 p-n 接面的推導式子及套用在異質接面上成為：

其中， JTE為熱游離子放射電流； JFE為場發射電流； JR為經缺陷的復合電流； JD為少數載子的擴散電流。而 A*

為有效 Richardson 常數。

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圖 3-14 所示是 p-N GaAs/AlGaAs 異質接面的電流密度與電壓的關係。

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3.3 3.3 雙異質接面與注入效率雙異質接面與注入效率3.3.1 雙異質接面雷射二極體

圖 3-15 所示為雙異質接面雷射結構順向偏壓下的能帶圖與折射率分佈與光場分佈。圖 3-16(a) 所示為 N-Al0.3Ga0.7As/p-GaAs/P-Al0.3Ga0.7As異質結構在未接觸前之能帶圖。圖 3-16(b) 所示為達到熱平衡時之能帶圖。圖 3-16(c) 所示為順向偏壓時之能帶圖。

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3.3.3 載子侷限與漏電流載子濃度在雙異質結構的主動層中，其隨能量的分佈如圖 3-17 所示，儘管大部分的載子都會侷限在主動層中，但那些能量超過 ΔEc的載子（如圖 3-17中陰影部分）就有機會越過能障擴散到 P- 型披覆層而形成漏電流 (leakage current) 。

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圖 3-19 所示為不同溫度下漏電流比率對 ΔEc的關係。