2.10.    Гетеропереходы

Гетеропереходом называют переходный слой с существующим там диффузионным электрическим полем между двумя различ­ными по химическому составу полупроводниками.

При образовании гетероперехода из-за разных работ выхода электронов из разных полупроводников происходит перераспре­деление носителей заряда в приконтактной области и выравнивание уровней Ферми в результате установления термодинамического равновесия (рис. 2.16). Все остальные энергетические уровни и зоны должны соответственно изогнуться, т.е. в гетеропереходе возникают диффузионное электрическое поле и контактная разность потенциалов. При этом энергетический уровень потолка верхней свободной зоны должен быть непрерывным. Обычно энергетический уровень потолка верхней свободной зоны являет­ся энергетическим уровнем потолка зоны проводимости, так как свободные энергетические зоны перекрывают друг друга. Контактная разность потенциалов, возникающая на гетеропереходе, определяется относительным смещением потолка верх­ней свободной зоны полупроводников, образующих гетеропе­реход.

Ширина энергетических зон различных полупроводников раз­лична. Поэтому на границе раздела двух полупроводников (на металлургическом контакте гетероперехода) получается обычно разрыв дна зоны проводимости. Разрыв дна зоны проводимости определяется различием энергий сродства к электрону двух кон­тактирующих полупроводников (энергия сродства к электрону равна разнице энергий потолка верхней свободной зоны и дна зоны проводимости).

Разрыв потолка валентной зоны зависит как от разницы энер­гий сродства, так и от различия ширины запрещенных зон кон­тактирующих полупроводников.

В результате разрывов дна зоны проводимости и потолка валентной зоны высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок в гетеропереходе оказываются различными. Это является особенностью гетеропереходов, обусловливающей специфиче

ские свойства гетеропереходов в отличие от p-n-переходов, которые формируются в монокристалле одного полупроводника.

Полупроводники, образующие гетеропереход, могут иметь различные типы электропроводности. Поэтому для каждой пары полупроводников в ггринципе можно осущест­вить четыре разновидности гетероструктуры: p1-n2 , n1-n2 , n1-p2 и  p1-p2  .

Если вблизи границы раздела двух полупроводников, обра­зующих гетеропереход, возникают обедненные основными носите­лями слои (слои с повышенным удельным сопротивлением), то основная часть внешнего напряжения, приложенного к структуре с гетеропереходом, будет падать на обедненных слоях. Высота потенциального барьера для основных носителей заряда будет изменяться: уменьшаться при полярности внешнего напряжения, противоположной полярности контактной разности потенциалов, и увеличиваться при совпадении полярностей внешнего напря­жения и контактной разности потенциалов. Таким образом, гетеропереходы   могут  обладать  эффектом   выпрямления (см. рис. 2.16).

Из-за различия по высоте потенциальных барьеров для элек­тронов и для дырок прямой ток через гетеропереход связан в основном с движением носителей заряда только одного знака. Поэтому гетеропереходы могут быть как инжектирующими неос­новные носители (см. рис. 2.16, а), так и неинжектирующими (см. рис. 2.16, б). Инжекция неосновных носителей заряда происхо­дит всегда из широкозонного в узкозонный полупроводник. В гетеропереходах, образованных полупроводниками с одним типом электропроводности, выпрямление происходит без инжекции не­основных носителей заряда.

Обычно полупроводники различных химических составов отличаются друг от друга работой выхода электронов, шириной запрещенной зоны, шириной разрешенных зон и другими параметрами. Однако для формирования качественного гетероперехода необходимо совпадение типа, ориентации и периода кристаллических решеток контактирующих полупроводников, чтобы кристаллическая решетка одного полупроводника с минимальным количеством нарушений переходила в кристаллическую решетку другого полупроводника.

В идеальном гетеропереходе не должно быть механиче