2.4.4 Гетеропереходы

Гетеропереходом называется переход, образованный между двумя различными полупроводниками. Если полупроводники имеют одинаковый тип проводимости, то они образуют изотипный гетеропереход. Если тип проводимости полупроводников различный, то получается анизотипный гетеропереход. Применение: в качестве инжекционных лазеров, работающих при комнатной температуре, светодиодов, фотодетекторов, также на их основе созданы сверхрешётки (это многослойные структуры с толщиной 80-100А или с периодическим изменением уровня легирования полупроводника).

Полупроводник с различной шириной запрещённой зоны: германий-кремний, германий-арсенид галлия, арсенид галлия-фосфид галлия и др.

Переходы возможны не только как переходы между полупроводниками p- и n-типа, но также и между полупроводниками с одним типом проводимости: p⁺-p или n⁺-n.

Рисунок 5.20 – Энергетические диаграммы исходных полупроводников

На энергетической диаграмме гетеропереходы между полупроводником n-типа с широкой запрещённой зоной и полупроводника p-типа с узкой зоной в переходном состоянии.

За начало отчёта энергии (нуль) принята энергия электрона, находящегося в вакууме. А₁ и А₂ работа выхода электрона от уровня Ферма, а x₁ и x₂ – истинные работы выхода из полупроводника в вакуум, называемые электронным сродством полупроводника (от границы зоны проводимости).

При создании контакта между двумя полупроводниками уровни Ферма совмещаются (выравниваются), что приводит к разрыву в зоне проводимости W_C и в валентной зоне W_V (рисунок 5.20 б).

В зоне проводимости величина разрыва обусловлена разностью истинных работ выхода электронов из p- и n-полупроводников Wc = x₁ – x₂ , а в валентной зоне кроме этого – ещё и неравенством значений энергии Wv. Поэтому потенциальные барьеры для для электронов и дырок будут различными: потенциальный барьер для электронов в зоне проводимости меньше, чем для дырок в валентной зоне.

При подаче прямого напряжения потенциальный барьер для электронов уменьшается, и электроны из n-полупроводника инжектируются в p-полупроводник.

Потенциальный барьер для дырок в p-области также уменьшается, но всё же остаётся достаточно большим, так что инжекция дырок из p-области в n-область практически отсутствует.

Это является важным преимуществом гетеропереходов по отношению к гомопереходам (ранее рассмотренных). В гомопереходах инжекция возникает за счёт разности концентраций основных носителей в областях (Na >> Ng). Во многих приборах эта разница должна быть как можно больше.

Но существует технический предел увеличения примеси в полупроводнике Na, а также приводит к появлению большого числа дефектов, ухудшающих параметры p-n-перехода.

Гетеропереходы позволяют исключить эти недостатки и получить одностороннюю инжекцию носителей даже при одинаковой концентрации примесей в областях, но для этого требуется создавать бездефектные границы областей.

Особенности транзистора на гетеропереходах:

- высокая эффективность эмиттера;

- уменьшается сопротивление базы;

- меньше вытеснение тока эмиттера;

-улучшается переходная характеристика из-за высокого коэффициента по току (350);

-расширенный температурный диапазон может работать при высоких температурах (350) и низких (вплоть до гелиевых (4к)).