Общие свойства гетеропереходов. Гетеропереходом называется контакт двух различных по химическому составу полупроводников.
Если полупроводники имеют одинаковый тип проводимости, то они образуют изотипный гетеропереход. Если тип их проводимости различен, то получается анизотипный гетеропереход.
Для получения идеальных монокристаллических гетеропереходов без дефектов решетки и поверхностных состояний на границе раздела необходимо, чтобы у полупроводников совпадали типы кристаллических решеток, их периоды и коэффициент термического расширения. Для их получения периоды решеток должны совпадать с точностью 0,1. IGaAS 1. Модель зоны структуры идеального резкого гетероперехода без ловушек на границе раздела была предложена Андерсеном, который использовал результаты работы Шокли 2. На рис.1 приведена зонная диаграмма двух изолированных полупроводников, у которых различные значения ширины запрещенной зоны Еg, диэлектрической проницаемости, работы выхода m и электронного сродства. Работа выхода и электронное сродство определяются как энергия, необходимая для удаления электрона с уровня Ферми Еf и со дна зоны проводимости Еc в вакуум соответственно. Различие в положении дна зоны проводимости полупроводников обозначено Еc а различие в положении потолка валентной зоны ДEv. На рисунке 1 показан случай, когда ДЕcч1-ч2. Рис. 1. Зонная диаграмма двух изолированных полупроводников при условии электронейтральностиЗонная диаграмма анизотипного p-n - гетероперехода в равновесии, образованного этими полупроводниками приведена на рис.2. Рис.2. Зонная диаграмма идеального анизотипного p-n гетероперехода при тепловом равновесии. Положение уровня Ферми в равновесном состоянии должно быть одинаково по обе стороны перехода, а уровень энергии, соответствующий вакууму, должен быть параллелен краям зон и непрерывен.
Поэтому разрыв в положении краев зоны проводимости и краев валентной зоны не связан с уровнем легирования.
Полный контактный потенциал Vbi. равен сумме потенциалов Vb1Vb2, где Vb1 и Vb2 - электростатические потенциалы равновесия состояния первого и второго полупроводников соответственно.
Ширину обедненного слоя W в каждом полупроводнике и барьерную емкость С можно найти решив уравнение Пуассона для резкого перехода с каждой стороны границы раздела.
Одним из граничных условий является непрерывность электрической индукции на границе раздела, т.е. е1E1 е2E2. В результате имеем 1 2 3где Nd1 - концентрация доноров в 1-м полупроводнике Na2 - концентрация акцепторов во 2-м полупроводнике. Отношение напряжений в каждом полупроводнике составляет 4где VV1V2 - полное приложенное напряжение. Вольт - амперная характеристика принимает вид 5где I - плотность тока. 6Приведенное выражение отличается от вольт - амперной характеристики контакта металл-полупроводник множителем I0, а также характером зависимости от температуры. Обратный ток не имеет насыщения, а при больших V линейно возрастает с напряжением.
В прямом направлении зависимость I от допускает аппроксимацию экспоненциальной функцией, т.е Механизмы протекания тока. В резком гетеропереходе благодаря разрывам ДEc и ДEv высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок разные. Поэтому при прямом смещении в гетеропереходе обычно происходит односторонняя инжекция носителей из широкозонного полупроводника в узкозонный.
Инжектированные носители в данном случае дырки должны преодолеть потенциальные барьеры пики, возникающие из-за разрывов зон. Механизмы протекания тока через эти барьеры, дополнительные по сравнению с p-n - переходом туннельный и термоинжекционный зависят от величины смещения на гетеропереходе, температуры, а также от степени легирования полупроводников. В плавном гетеропереходе заряда на неосновные носители заряда действует внутреннее электрическое поле еi, возникающее вследствие изменения Eg. При прямом смещении в этом случае также происходит односторонняя инжекция дырок в более узкозонную часть.
Фотоэффект. Как и в p-n переходе фотоэффект в гетеропереходе возникает за счет пространственного разделения в поле объемного заряда носителей, возбужденных светом. При освещении полупроводника со стороны широкозонного полупроводника в узкозонном поглощаются фотоны с энергией Eg1 h х Eg27где h - постоянная Планка х - частота излучения.
Широкозонный полупроводник служит в этом случае окном, прозрачным для света, поглощаемого в узкозонном слое, и защищает область генерации неравновесных электронно-дырочных пар от рекомбинационных потерь на поверхности кристалла 2. 2.