1.2.3. Гетероструктуры

Наиболее ярко эффекты размерного квантования проявляются в гетероструктурах – контактах между полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны, полученных с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии [4]. На таком контакте края энергетических зон испытывают скачки, играющие роль потенциальных барьеров – стенок квантовой ямы для носителей заряда. На рис. 1.2  показана типичная зонная диаграмма одиночного гетероперехода между полупроводниками n- и p-типа. Так же как и в МДП-структурах, в узкозонном полупроводнике вблизи границы раздела образуется инверсионный слой, играющий роль потенциальной ямы для электронов, в которой существуют уровни размерного квантования.

Рис. 1.2. Зонная диаграмма одиночного гетероперехода [1]

 

Важнейшим достоинством гетероперехода является высокое качество гетерограницы, которого можно добиться выбором в качестве компонент гетеропары веществ с хорошим согласием постоянных решетки. Примером такой гетеропары являются узкозонный GaAs и широкозонный твердый раствор AlxGa1-xAs. В гетероструктурах с этими полупроводниками за счет модулированного легирования было получено рекордное значение подвижности электронов, превосходящее 107 см2/(В×с), тогда как для лучших Si-МДП-структур μ≈5×104 см2/(В×с) [1]. За счет высокой подвижности условие (1.2) в гетероструктурах выполняется с высокой точностью, что позволяет наблюдать различные тонкие эффекты.

В гетероструктуре на рис. 1.2 потенциальная яма для электронов образована, с одной стороны, разрывом зоны проводимости, а с другой –  электростатическим полем перехода. На базе одиночной можно создать двойную гетероструктуру AlxGa1-xAs/GaAs/AlxGa1-xAs, в которой толщина узкозонного слоя a значительно меньше длины экранирования электростатического потенциала. При этом получается гетероструктура, которая является аналогом тонкой пленки (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Зонная диаграмма двойной гетероструктуры

при различной толщине узкозонного слоя