62) Гетеропереходы.

Гетеропереход – это контакт двух различных по хим. составу полупроводников. Образование гетероперехода, требующее стыковки кристаллических решёток, возможно лишь при совпадении типа, ориентации и периода кристаллических решёток сращиваемых материалов. Кроме того, в идеальном гетеропереходе граница раздела должна быть свободна от структурных и других дефектов (дислокаций, точечных дефектов и т. п.), а также от механических напряжений. Наиболее широко применяются монокристаллические гетеропереходы между полупроводниковыми материалами типа A^IIIB^V и их твёрдыми растворами на основе арсенидов, фосфидов и антимонидов Ga и Al. Благодаря близости ковалентных радиусов Ga и Al изменение хим. состава происходит без изменения периода решётки.

Гетероструктуры получают также на основе многокомпонентных (четверных и более) твердых растворов, в которых при изменении состава в широких пределах период решётки не изменяется. Изготовление монокристаллических. гетеропереходов и гетероструктур стало возможным благодаря развитию методов эпитаксиального наращивания ПП кристаллов.

Гетеропереходы можно получить, наращивая монокристальный слой одного из полупроводников на монокристальной же подложке другого полупроводника с помощью специальных методов. Такое наращивание без существенного нарушения монокристальной струк­туры возможно, разумеется, не для всякой пары полупроводников, так как для этого необходимо определенное соответствие между кристаллическими решетками. Гетеропереходы можно создать, используя пары полупроводников Ge—GaAs, GaAs—Ga_xAl_1-xAs, CdTe—CdSe и др. В зависимости от содержа­щихся примесей оба полупро­водника могут иметь как оди­наковый тип проводимости («изо­топные гетеропереходы», напри­мер, структуры п—п⁺, р—р⁺ и т. д.), так и разный («анизотипные» переходы р—п, р—п⁺ и др.).

Применение гетеропереходов в не­которых полупроводниковых прибо­рах может оказаться более выгодным, нежели использование гомопереходов. Так, в гетеропереходах мож­но осуществить одностороннюю инжекцию, при которой только одна из областей гетероперехода будет обогащаться носителями заряда. Эффективность таких переходов можно сделать близкой к единице.

Создавая гетеропереход типа широкозонный полупроводник п-типа — тонкий слой узкозонного полупроводника —г широкозон­ный полупроводник р-типа и прикладывая к нему большое поло­жительное смещение, оказывается возможным легче осуществить высокий уровень инжекции в среднем слое, нежели в обычных гомопереходах. Это обстоятельство важно для создания полупро­водниковых квантовых генераторов (лазеров).

Недостатком гетеропереходов является гораздо более сложная технология их изготовления по сравнению с гомопереходами.

63) Энергетические диаграммы гете­ропереходов.

Энергетические диаграммы ге­теропереходов, описывающие из­гиб энергетических зон и возни­кающие потенциальные барьеры, имеют особенности по сравнению с таковыми для гомопереходов. Эти диаграммы можно построить следующим образом. Рассмотрим, для определен­ности, анизотипный переход, об­разованный широкозонным по­лупроводником р-типа и узко­зонным n-типа. Энергетическая диаграмма обоих полупроводни­ков до образования перехода показана на рис. 8.10, а. После создания гетероперехода получается энергетическая диаграмма, изображенная на рис. 8.10, б. В отсутствие тока, как всегда, уровень Ферми в обоих полупро­водниках становится одинаковым и между ними возникает кон­тактная разность потенциалов ик = (Фх — Ф2)/е.

Уровень энер­гии в вакууме теперь изображается кривой Е₀ = —еφ (х), где Ф (х) — электростатический потенциал, создаваемый слоями объ­емного заряда у границы.

В отличие от гомопереходов, возникает разрыв в зоне проводимости ΔЕ_С = = Е_с (+ 0) — Е_с (—0). Аналогично, откладывая в левой и правой частях диаграммы отрезки E_gl и, соответственно, E_g2 от уровня Е_с (х), мы найдем края дырочных зон E_v (х). И здесь в плоскости х = 0 образуется разрыв ΔЕ_V = E_v (+0) — E_v (—0). В зависимо­сти от соотношения между электронным сродством χ₁ и χ₂ с одной стороны, и шириной запрещенных зон E_gl и E_g2, с другой, эти раз­рывы могут иметь либо вид «стенки» (ΔЕ_С на рис. 8.10, б), либо вид «крюка» (AE_V на рис. 8.10, б).