2. Классификация полупроводниковых сверхрешеток
Сверхрешетки —многослойные структуры, содержащие одномерный искусственный периодический потенциал с периодом, меньшим длинны свободного пробега электронов. На рисунке 1 показана общая классификация сверхрешеток по структурным признакам. Здесь основным классификационным критерием является кристалличность слоев, образующих сверхрешетку.
Рисунок 1 - Общая классификация полупроводниковых сверхрешеток.
В качестве вторичного критерия используется физическая природа сверхрешеточного потенциала. На рисунке 2 представлена классификация композиционных сверхрешеток. Здесь критерием является характер относительного расположения краев зон на гетерограницах в сверхрешетке.
Рисунок 2 - Классификация композитных сверхрешеток — структур, в которых сверхрешеточный потенциал создается периодическим изменением состава слоев.
На рисунке 3 приведена классификация композиционных сверхрешеток типа I (структуры, где запрещенные зоны соседних слоев полностью перекрываются, создавая в узкозонных полупроводниках две потенциальные ямы: одну для электронов и одну для дырок). Здесь критериями служат характер материалов, образующих свсрхрешетку, и степень согласия постоянных решетки на гетерограницах.
Рисунок 3 - Классификация композиционных сверхрешеток типа 1.
2.1 Композиционные сверхрешетки
Расположение
в энергетическом пространстве краев
эон различных полупроводников обычно
сравнивают, используя в качестве
единого
начала отсчета уровень вакуума. Подобное
сопоставление можно проводить,
характеризуя каждый из
рассматриваемых
полупроводников
величиной электронного сродства
.
Электронное сродство определяет энергию, требуемую для переноса электрона со дна зоны проводимости полупроводника на уровень вакуума. Поэтому в полупроводнике с большим значением в край зоны проводимости лежит ниже по энергии, чем в полупроводнике с меньшим . Отсчитывая энергию от уровня вакуума, можно разделить композиционные сверхрешетки на три различных типа (рисунок 4).
В сверхрешетке типа 1 (рисунок 4, а) разрывы в зоне проводимости ∆Ес и в валентной зоне ∆Еv имеют противоположные знаки, и запрещенные зоны Egi полностью перекрываются. Подобные сверхрешетки иногда называют «контравариантными» композиционными сверхрешетками.
В сверхрешетке типа II (рисунок 4, б) модуляция краев зоны проводимости и валентной зоны имеет один и тот же знак, и запрещенные зоны перекрываются лишь частично, либо не перекрываются вообще («ковариантная» сверхрешетка).
Политипная сверхрешетка (рисунок 4, в) представляет собой трехкомпонентную систему, где слои, образующие сверхрешетку типа II, дополняются широкозонным полупроводником, создающим потенциальные барьеры как для электронов, так и для дырок.
Рисунок 4 - Расположение краев зоны проводимости и валентной зоны относительно вакуумного уровня (штриховая линия) в отдельных неконтактирующих веществах (слева) и в композиционных сверхрешетках различных типов (справа): а - сверхрешетка типа I; б - сверхрешгтка типа II; в -политипная сверхрешетка. По оси абсцисс отложена пространственная координата, по оси ординат - энергия.