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半导体的能带结构
半导体的能带结构
1. 元素半导体的能带结构
金刚石结构
x
y
z
价带极大值
位于布里渊区的中心（K=0）
存在极大值相重合
的两个价带
外面的能带曲率小，对应的有效质量大，称该能带中的空穴为重空穴 。
内能带的曲率大，对应的有效质量小，称此能带中的空穴为轻空穴。
禁带宽度 Eg 随温度增加而减小
且 Si：dEg/dT=-2.8×10-4 eV/K
Ge: dEg/dT=-3.9×10-4 eV/K
Eg:
T=0: Eg (Si) = 0.7437 eV
Eg (Ge) = 1.170 eV
Ge、Si能带结构的主要特征
多能谷结构：
锗、硅的导带分别存在四个和六个这种能量最小值，导带电子主要分布在这些极值附近，通常称锗、硅的导带具有~。
间接带隙半导体：
硅和锗的导带底和价带顶在 k 空间处于不同的 k 值。
III－V族化合物的能带结构
GaAs的能带结构
闪锌矿结构
E
GaAs
Eg
0·36eV
L
Γ
X
[111]
[100]
导带有两个极小值：
一个在k=0处，为球形等
能面，
另一个在[100]方向，为
椭球等能面，能量比 k=0
处的高 0.36eV，
价带顶也在坐标原点，k=0，球形等能
面，也有两个价带，存在重、轻空穴。
GaAs的导带的极小值点和价带的极大值点位于K空间的同一点，这种半导体称为直接带隙半导体。
锑化铟的能带结构
导带极小值在 k=0处,
球形等能面,
mn*=0.0135 m0
非抛物线型
价带包含三个能带：重空穴带V1
轻空穴带V2
能带V3（L-S耦合）
20K时
轻空穴有效质量 0.016m0
沿[111] 0.44m0
沿[110] 0.42m0
沿[100] 0.32m0
重空穴有效质量
价带顶在k=0
III-V 族能带结构的主要特征
能带在布里渊区中心简并，一重空穴带、
轻空穴带及第三个能带（L－S）
价带极大值稍偏离布里渊区中心
导带极小值在[100]、[111]方向和布里渊
区中心
导带电子的有效质量不同
重空穴有效质量相差很少
原子序数较高的化合物，禁带宽度较窄
III－V族混合晶体的能带结构
GaAs1-xPx的Eg与组分的关系
连续固溶体
混合晶体
能带结构随成分的
变化而连续变化
Ga1-xInxP1-yAsy 的禁带
宽度随 x、y 的变化

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