Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 06_гетеропереходы
.pdfГетеропереходы
Ширина запрещенной зоны и постоянная решетки некоторых полупроводниковых соединений
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 6, стр. 1
Ширина запрещенной зоны определяется разницей энергий края зоны проводимости и валентной зоны:
EG = EC − EV
Различия в значениях ширины запрещенной зоны для различных полупроводниковых соединений и их твердых растворов подразумевает, что края соответствующих зон, отсчитанные на абсолютной шкале, также могут отличаться.
EC1 ≠ EC2; EV1 ≠ EV 2
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 6, стр. 2
За точку отсчета энергии для родственных полупроводниковых соединений принято брать среднюю энергию валентной зоны ( EV =(EHH + ELH + ESO )/ 3
отсчитанную относительно общего уровня (средний электростатический потенциал в полубесконечном материале, который построен из нейтральных атомов, модель Van de Walle, 1989).
Средняя энергия валентной зоны и ширина запрещенной зоны (прямой) полупроводников A3B5.
Материал |
AlP |
AlAs |
AlSb |
GaP |
GaAs |
GaSb |
InP |
InAs |
InSb |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EV, эВ |
-8.09 |
-7.49 |
-6.66 |
-7.40 |
-6.92 |
-6.25 |
-7.04 |
-6.67 |
-6.09 |
EG (Г), эВ |
3.58 |
2.95 |
2.22 |
2.74 |
1.42 |
0.72 |
1.35 |
0.36 |
0.17 |
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 6, стр. 3
Энергия валентной зоны понижается, а ширина запрещенной зоны увеличивается при увеличении силы химической связи
(In -> Ga -> Al; Sb -> As ->P)
При идеальном контакте двух полупроводниковых материалов (гетеропереходе) (EG1<EG2) возможны следующие комбинации построения зон:
Тип I. (EC1<EC2; EV1>EV2)
Узкозонный материал представляет собой потенциальную яму как для электронов так и для дырок
Тип 2 (EC1<EC2; EV1<EV2)
Узкозонный материал представляет собой потенциальную яму для электронов, а широкозонный для дырок
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 6, стр. 4
|
Tип II |
|
TипI |
∆EC>0 |
∆EV<0 |
|
|
|
∆EC>0 ∆EV>0 ∆Eg>∆EC |
TипIIa |
TипIIb |
|
∆Eg>∆EC |
∆Eg<∆EC |
∆EC
Eg1 Eg2
∆EV
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 6, стр. 5
В рамках типа II различают подтипы IIa и IIb. Во втором случае (∆EC > EG2), так что край зоны проводимости в узкозонном материале лежит ниже края валентной зоны в широкозонном материале.
Среди полупроводниковых пар A3B5 примерами разных типов гетеропереходов являются:
Тип I: GaAs-AlGaAs, InGaAs-GaAs, InGaAsP-InP, GaAs/InGaAlP Тип IIa: InAsAlSb, InP-InAlAs
Тип IIb: InAsGaSb
Тип I наиболее широко встречается и является наиболее широко применяемым, т.к. локализация одновременно электронов и дырок позволяет добиться высокой эффективности излучательной рекомбинации
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 6, стр. 6