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
