【摘要】 半导体光致发光现象反映的是半导体内部载流子等微观粒子在受激条件下的演变机制，因此，半导体光致发光测试具有很高的灵敏度，可以获得丰富的宏观及微观信息，光致发光测试是一种非接触、无破坏性的光学特性测试方法，在半导体材料及器件的生产和研究中是基础的也是必要的测试表征方法。

半导体光致发光现象反映的是半导体内部载流子等微观粒子在受激条件下的演变机制，因此，半导体光致发光测试具有很高的灵敏度，可以获得丰富的宏观及微观信息，光致发光测试是一种非接触、无破坏性的光学特性测试方法，在半导体材料及器件的生产和研究中是基础的也是必要的测试表征方法。通过分析PL谱，可得知半导体材料的禁带宽度、应力变化、载流子寿命、载流子复合机制。可估算出材料内部杂质及缺陷的类型和能级分布，化合物半导体中的各种元素组分比等。另外，通过分析PL谱，还可用于计算半导体材料及器件的发光效率，分析漏电机制等物理性质。PL谱已成为分析半导体材料光学特性的非常有力的工具之一。

 

对于半导体来说，光致发光过程主要包括三个部分:首先是对半导体进行辐照，提高系统能量，使半导体中的核外电子吸收足够的能量，排布到远离原子核的轨道上，也就是能量更高的轨道上。完成电子从低能态到高能态的转变，使电子处于不稳定的激发态。电子被激发后，其原来的位置就变成了没被填充的空状态。通常，引入假想粒子——空穴来描述这些空状态。此时，电子和空穴都处于不稳定的非平衡状态，统称为光生非平衡载流子。因为非平衡态是一种很不稳定的能量状态，需要失去多余能量回到能量较低比较稳定的状态。所以，接着是光生非平衡载流子通过空间上的扩散和能量上的转移失去多余能量回到能量较低比较稳定的状态。大部分光生非平衡载流子可以通过辐射复合或非辐射复合失去多余能量回到稳定状态。部分光生非平衡载流子先通过声子发射等弛豫到能带底部，再经由复合过程回到基态。由于光生非平衡载流子主要在光照深度（或扩散长度〉范围内产生，非平衡载流子的分布是不均匀的,所以非平衡载流子会在体内扩散，这个过程也会伴随着辐射或非辐射复合。最后是辐射复合发光的出射和传播。在这个过程中，部分光子在半导体内会被重新吸收甚至多次吸收然后再复合再传播，这就是常说的光子循环过程。不过，正常情况下光子传播范围有限，基本上还位于样品表面层附近。

 

辐射复合发光主要是从光入射面出射的，所以绝大部分光致发光实验都是在样品光入射面探测光致发光信号。

 

[1]王硕. HVPE-GaN光致发光测试分析及应用研究[D].重庆师范大学,2020.DOI:10.27672/d.cnki.gcsfc.2020.000265.

 

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