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1、第三章 半导体发光材料晶体导论,半导体发光器件的材料主要使用III-V族化合物半导体单晶、三元化合物晶体或四元化合物晶体。（如：GaAs、GaP、GaN、GaAsP、 InGaN 、InGaAlP等） 本章主要介绍这些晶体的结构、能带结构以及电学结构，这些内容是了解、制造、测试发光材料和应用这些材料制作发光器件的基础。,第一节 晶体结构,一、晶体的概念 晶体是指由原子、离子、分子或某些基团的重心有规则排列而成的固体。二、晶体的特点 1、自范性：自发形成有规则的多面体外型 2、均匀性：周期组成相同，密度相同 3、各向异性：不同方向性质性质不一样 4、有固定的熔点 5、具有对称性,图3-1 晶体,
2、三、晶体的分类,（a）水晶单晶（b）石膏双晶和晶簇（c）水晶晶簇（d）蛋白质显微照片,四、空间点阵 经过长期的研究，在19世纪提出了布拉菲的空间点阵学说，认为晶体的内部结构可以概括为一些相同的点子在空间有规则地作周期性的无限分布，这些点子代表原子、离子、分子或某种基团的重心，这些点子的总称为点阵，其结构称为空间点阵。这些点子的位置称为结点。,1、晶格 通过点阵中的结点，可以作许多平行的直线族和平行的晶面族，这样点阵就组成晶格。,2、晶胞 晶格中，含有晶体结构中具有代表性的最小重复单位叫晶胞。,划分晶胞要遵循两个原则： 一是尽可能反映晶体内结构的对称性； 二是尽可能小。,7,a、b、c : 确定
3、晶胞大小 、 : 确定晶胞形状,晶胞参数：晶胞的边长与夹角,晶胞中各原子(分子离子)的坐标,3、晶胞的分类 晶系,晶系 晶轴 轴间夹角 实例 立方 a = b = c = 900 Cu, NaCl 四方(正方) a = b c = 900 Sn, SiO2 正交 a b c = 900 I2, BaCO3 三角(菱形) a = b = c = 900 As, Al2O3 六角(六方) a = b c = 900， =1200 Mg,CuS 单斜 a b c = = 900 ， 900 KClO3 三斜 a b c 900 K2CrO7,图3-2 晶胞的分类图,我们学习最简单的立方晶系的三种晶格
4、类型：（1）简单立方晶格（2）体心立方晶格（3）面心立方晶格,（1）简单立方晶格,晶胞形状是正立方体，结点分布在晶胞立方体的八个角顶，共有8个粒子。,（2）体心立方晶格,晶胞形状是正立方体，结点共有9个，其中8个在晶胞立方体的角顶，一个在晶胞立方体的中心。,（3）面心立方晶格,晶胞形状是正立方体，结点共有14个，其中8个在晶胞立方体的角顶，6个在晶胞立方体6个面的中心。,1、晶面及晶面表示（1）晶面 通过点阵中若干结点而成的一个平面称为点阵平面，在晶体中称为晶面。（2）晶面的表示 一个晶面通常可以用一种晶面指数来表示，晶面指数又称密勒（Miller）指数。,五、晶面与晶向,晶面指数的表示方法：
5、（1）在一组相互平行的晶面中任选一个晶面，取它在三个坐标轴上的截距，假设截距为r，s，t，然后取截距的倒数 1/r，1/s，1/t（2）对其通分，取各个分数分母的最小公倍数作分母。（3）取通分后3个分数的分子，作为晶面的指数。如图3-3的指数为332。当泛指某一晶面的指数时一般用hkl表示。 点阵中平行于h、k、l的一族晶面用(hkl)表示。,注意：当晶面和一晶轴平行时，则认为与该轴在无穷远处相交，而无穷远的倒数为0，所以晶面相应于这个轴的指数为0。如：某晶面与y轴平行，与x、z轴交于单位长度，则该晶面指数为101,1，所有相互平行的晶面，其晶面指数相同，或者三个符号均相反。可见，晶面指数所代
6、表的不仅是某一晶面，而且代表着一组相互平行的晶面。2，晶面指数中h、k、l是互质的整数。3，最靠近原点的晶面与X、Y、Z坐标轴的截距为 a/h、b/k、c/l。,晶面指数特征：,立方晶系几组晶面及其晶面指标。（100）晶面表示晶面与a轴相截与b轴、c轴平行；（110）晶面表示与a和b轴相截，与c轴平行；（111）晶面则与a、b、c轴相截，截距之比为1:1:1,(100) (110) (111) 在点阵中的取向,2.2.1 晶向与晶向指标 任意两结点的结点列称为晶向。与此晶向相对应，一定有一组相互平行而且具有同一重复周期的结点列。,或者：（1）在一族相互平行的阵点直线中引出过坐标原点的阵点直线。
7、（2）在该直线上任取一点，量出坐标，并用点阵周期a, b, c表示。（3）将三个坐标值用同一个数乘或除，划归互质整数，并加方括号。,晶向的表示方法：取其中通过原点的一根结点列，求该列最近原点的结点的指数，u, v, w, 并用方括号标记uvw。,晶向指数的确定,建立坐标系，结点为原点，三棱为方向，点阵常数为单位 ；在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。(若平移晶向或坐标，让在第一点在原点则下一步更简单)； 计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ；化成最小、整数比u：v：w ；放在方括号uvw中，不加逗号，负号记在上方 。,红线由两个结点的坐标之差确定,4、晶体的缺陷： 晶体的缺陷影响晶体的性质，可使晶体的某些优良性能降低，但是从缺陷可以改变晶体的性质角度看，在晶体中造成种种缺陷，就可以使晶体的性质有着各种各样的变化，晶体的许多重要性能由缺陷产生。改变晶体缺陷的形式和数量，就可制得所需性能的晶体。,23,2.4.1.1 Point defect,
