7.1 Гетеропереход.

Гетеропереход формируется двумя полупроводниками различающимися типом проводимости (p и n), шириной запрещенной зоны (Eg), показателем преломления ( n ), иногда параметр решетки ( a ) совпадает и тогда возникает изопериодический p-n - гетеропереход, в случае несовпадения параметра решетки (a) возникает упруго напряженный p-n гетеропереход.

Гетеропереходы подразделяются на два типа: Ι рода и ΙΙ рода. В гетеропереходе Ι рода разрывы в зонах имеют противоположный знак. В гетеропереходе ΙI рода разрывы в зонах имеют однотипный знак.

а б

Рис.63. Схематическое изображение гетеропереходов Ι рода(а) и ΙI рода(б) рода

2. Гетеропереходы ι рода.

Рис.64. Зонные структуры полупроводниковых материалов формирующих гетеропереход.

χ – сродство к электрону или электронное сродство – это энергия необходимая для вывода электрона из зоны проводимости на уровень вакуума (другими словами за пределы кристалла).

Сродство к электрону является величиной постоянной и неизменной для данного типа кристалла.

Φ – Работа выхода – работа необходимая для вывода электрона с уровня Ферми на уровень вакуума (другими словами за пределы кристалла).

Работа выхода зависит от положения уровня Ферми в зонной структуре полупроводника.

ΔЕ_с и ΔЕ_v - разрывы в зоне проводимости и в валентной зоне.

(45)

7.3. Формирование p-n гетероперехода.

Как и в случае p-n гомопереходом при контакте двух объемных кусков полупроводника возникает кратковременный ток носителей заряда, что приводит к возникновению встроенного объемного заряда и электрического поля противодействующего дальнейшему перемещению носителей заряда.

Рис.65. Схема образования p-n гетероперехода

После контакта полупроводников величины сродства к электрону и работы выхода сохраняют свою величину (модель Андерсона) возникает искривление зон, как и в гомопереходе, но вместе с тем возникают и разрывы зон ΔЕ_с и ΔЕ_v. Разрывы зон существенно влияют на протекание электрического тока через p-n гетероропереход. В суммарном токе через гетеропееход доля тока носителей заряда из широкозонного материала в узкозонный всегда преобладает над током носителей заряда из узкозонного материала в широкозонный, при этом суммарный ток остается неизменным.

Рис.66. Зонная структура p-n гетероперехода Ι рода.

Рис.67. Независимо от типа проводимости узкозонного материала дополнителный барьер возникает для носителей инжектируемых в широкозонный материал. Возникает дополнительный барьер для электронов и снижается для дырок(а,в) и возникает дополнительный барьер для дырок и снижается для электронов(с,d).

7.4 Ток через p-n гетеропереход ι рода.

(46)

Как и в случае с гомо p-n переходом имеется составляющие дырочного и электронного тока носителей заряда. Суммарный ток через p-n гетеропереход состоит из суммы токов дырочного и электронного.

(47)

Однако имеется значительное различите в величине составляющих токов. Для случая, приведенного на рис b (узкозонный материал n-типа и широкозонный материал Р-типа) возникает дополнительный барьер для электронов, поэтому электронный ток будет меньше дырочного пропорционально экспоненциальному множителю. Его достаточно просто можно рассчитать из отношения электронного и дырочного токов.

(48)

(49)

Из соотношения (55) следует, что согласно экспоненциальному закону электронный ток более чем на порядок меньше дырочного, что обеспечивает практически одностороннею инжекцию дырок из широкозонного материала в узкозонный.

7.5 Изотипные гетеропереходы Ι рода

Рис. 68. а изотипный гетеропереход n-N гетеропереход построенный из материалов n типа проводимости один из которых широкозонный.

Рис. 68. b изотипный гетеропереход р-P гетеропереход построенный из материалов р - типа проводимости один из которых широкозонный.

7.6 Двойная гетероструктура

Ниже проиллюстрировано три типа лазерных структур. Гомоструктура n+- p - p+. Гетероструктура n+- p – P+. Двойная гетероструктура N+ - p – P+. Преимущества очевидны : дополнительный потенциальный барьер для инжектированных носителей заряда (в и с); волноводный эффект на реальном скачке показателя преломления n(с); односторонняя инжекция носителей заряда (с);

a b c

Рис. 69. Зонная структура, зависимость показателя преломления, зависимость картины ближнего поля на торце зеркала резонатора Фабри-Перо приведены для двойной гетероструктуре (с), одинарной лазерной гетероструктуре (b) и гомолазерной гетероструктуре (а).

Рис. 70 . Зонная энергетическая структура смещенная в прямом направлении.

Рис. 71. Зонная структура, зависимость показателя преломления, зависимость картины ближнего поля на торце зеркала резонатора Фабри-Перо приведены для двойной гетероструктуре раздельного ограничения(а) иасимметричной (b).