1.5.2. Ср типа полуметалл-полупроводник

Наиболее изученная СР данного типа, широко применяемая в фотодетекторах ИК–излучения, состоит из слоев полуметалла Cd_xHg_1-xTe (0<х<0.16) и полупроводника CdTe. На рис. 1.14 представлена энергетическая диаграмма гетероперехода между этими слоями. Согласно этой диаграмме квантовые ямы в такой СР существуют только для электронов за счет разрыва дна зоны проводимости, равного ширине запрещенной зоны полупроводника CdTe (1.49 эВ). Следует отметить, что разрыв дна зоны проводимости сопровождается изменением симметрии волновых функций от двукратно вырожденного с учетом спина неприводимого представления Г₆ в CdTe до четырехкратно вырожденного Г₈ в Cd_xHg_1-xTe [14].

1.5.3. СР на основе кремния и МДП-структур

Рис. 1.14. Энергетическая диаграмма гетероперехода Cd_xHg_1-xTe / CdTe при 0<х<0.16

С учетом того, что современная микроэлектроника в основном базируется на Si, к созданию СР из этого материала были приложены особые усилия. К настоящему времени существуют монокристаллические СР типа Si/Si_1-xGe_x и аморфные из гидрогенезированного аморфного кремния (α-Si:H) и гидрогенезированного аморфного германия (α-Ge:H), или нитрида кремния (α-Si_1-xN_x:H), или карбида кремния (α-Si_1-xC_x:H). Решетки эти не являются изопериодическими, хотя имеют гетерограницы в основном бездефектные и почти атомно гладкие [14].

Сверхрешетку на основе кремния также можно получить с помощью МОП-структуры (металл-оксид кремния-кремний), которая является частным случаем МДП-структур (металл-диэлектрик-полупроводник). СР на основе МДП-структур получаются с помощью нанесения сеточного электрода в виде тонких параллельных металлических нитей на поверхность диэлектрика [14]. При подаче напряжения на электрод V_z порядка ширины запрещенной зоны полупроводника (см. выше) образуется одномерный периодический потенциал для электронов инверсионных слоев.

1.5.4. Легированные ср

Рис. 1.15. Энергетическая диаграмма легированной СР.

Периодическими легированными СР из КЯ называются структуры, состоящие из периодически чередующихся слоев одного и того же полупроводника, легированных донорами и акцепторами. В этих структурах электроны с доноров из слоев n–типа переходят на акцепторы в слои p–типа. Объемное разделение зарядов в случае достаточно узких слоев создает периодическую совокупность параболических потенциальных ям. Для электронов эти ямы располагаются в слоях n–типа, а для дырок в слоях p–типа (рис. 1.15). Таким образом, легированная СР является ковариантной или СР второго типа (рис. 1.11 б). В некоторых решетках слои n и p–типа разделяются слоями с собственной проводимостью. Решетки такого типа получили название nipi–СР [4].

Для создания легированной СР можно использовать практически любой полупроводник, допускающий легирование примесями n и p–типа. Чаще всего для этого используется GaAs, получаемый методом молекулярно лучевой эпитаксией. Первые легированные СР были получены в 1981 г. из тонких слоев GaAs с периодом от 5 нм до 300 нм, легированных атомами Si в качестве доноров и атомами Be в качестве акцепторов.

Преимуществом легированных СР по сравнению с композиционными является то, что относительно малая концентрация легирующих примесей в них (10¹⁷-10¹⁸ см^-3) вносит несущественные искажения в решетку исходного материала. Следовательно, легированные СР не содержат типичных для композиционных СР гетерограниц, с которыми связаны возможности разупорядочения состава или появление напряжений несоответствия. Кроме этого путем должного подбора уровней легирования ширину эффективной запрещенной зоны в этих СР можно менять в широких пределах–от нуля до ширины запрещенной зоны исходного материала [14].