Гетеропереходы

Гетеропереходом называют переход, возникающий между полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны. Используемые для создания гетеропереходов полупроводники должны иметь одинаковые кристаллические структуры и близкие значения постоянной кристаллической решетки. Примерами гетеропереходов являются переходы германий-кремний, германий-арсенид галлия, арсенид галлия - фосфид галлия и др. В обычных р-п-переходах (гомопереходах), как правило, имеет место двусторонняя инжекция неосновных носителей заряда: электроны при подаче на переход прямого напряжения инжектируются в дырочную область полупроводникового кристалла, а дырки в электронную. Гетеропереходы позволяют получить одностороннюю инжекцию.

 

а) б)

Рис.11.1

Рассмотрим энергетическую диаграмму гетероперехода между полупроводником n-типа с широкой запрещенной зоной и полупроводником p-типа с узкой запрещенной зоной. На рис. 11.1,а показаны энергетические диаграммы разделенных полупроводников, а на рис. 11.1,б— энергетическая диаграмма контакта. При создании контакта уровни Ферми совмещаются, однако их положение внутри запрещенных зон сохраняется неизменным, в результате чего на границе раздела х_О в зоне проводимости возникает разрыв DЕ_C =Е_С1 –Е_С2, а в валентной зоне разрыв DЕ_V=Е_V2 –E _V1. Левее х_О образуется обедненный слой (x₀-x_n), содержащий заряды доноров, правее х_О образуется обедненный слой (x_p-x₀ ), содержащий заряды акцепторов. Наличие этих слоев приводит к возникновению изгибов границ энергетических зон qj₀₁ и qj₀₂. Сумма qj₀=qj₀₁+qj₀₂ равна разности уровней Ферми в неконтактируемом состоянии: qj₀=(E_Fn–E_FP). Высота энергетического барьера для электронов равна qj_on=qj₀–DE_c, а для дырок она равна qj_op=qj₀+DE_v. Энергетический барьер для электронов в зоне проводимости оказывается меньше, чем энергетический барьер для дырок в валентной зоне. При подаче прямого напряжения энергетический барьер для электронов уменьшится, и электроны будут инжектироваться в р-полупроводник. Энергетический барьер для дырок также уменьшится, но останется достаточно высоким, поэтому инжекция дырок в n-полупроводник будет отсутствовать. В этом состоит принципиальное отличие гетероперехода от гомоперехода.