Как уже упоминалось в одной из предыдущих публикаций, легированные сверхрешетки в энергетическом отношении представляют собой совокупность параболических квантовых ям. Необычные электронные свойства этого типа сверхрешеток обусловлены специфичностью сверхрешеточного потенциала. Это потенциал ионизированных примесей в легированных слоях. Напомним, что электроны из широкозонных полупроводников диффундируют в узкозонные. Это пространственный перенос заряда, а значит и формирование сверхрешеточного потенциала, приводящего к изгибу зон.
По сути, мы имеем дело с одним полупроводником, легированным с некоторой периодичностью. Рассмотрим полупроводник с модулированным профилем легирования. Легирование однородно в каждом слое, концентрации примесей равны, как и ширины слоев. Потенциал сверхрешетки в этом случае будет описываться уже известной формулой (см.рисунок 1). Накладываясь на потенциал кристаллической решетки, он модулирует края зоны проводимости и валентной зоны (см. рисунок 2).
В обычных композиционных сверхрешетках слои полупроводников не легированы. В легированных сверхрешетках один или несколько слоев плупроводника легированы. Обычно широкозонный полупроводник легируют донорной пимесью. Носители заряда движутся вдоль границы гетероперехода без рассеяния на ионизированных примесях. Подвижность носителей заряда в сверхрешетках, например типа GaAs-AlxGa1-xAs, можно увеличить путем размещения тонких нелегированных прослоек широкозонного полупроводника между слоями GaAs и AlxGa1-xAs. Толщина таких слоев может достигать 5-10 нм. Экспериментальным путем был создан новый тип сверхрешеток из 10 слоев полупроводникового материала (см. рисунок 3). Свойства этого типа сверхрешеток - комбинация свойств легированных сверхрешеток (перестраиваемость электронных свойств) и сверхрешеток с модулированным легированием (повышенная проводимость носителей заряда). Основная цель создания такой сверхрешетки - модифицирование свойств легированной сверхрешетки путем внедрения в нее специально нелегированных слоев полупроводникового материала с меньшей шириной запрещенной зоны, например GaAs (см.рисунок 3). Таким образом, обычный профиль зонной диаграммы легированной сверхрешетки видоизменяется: в нем появляются квантовые ямы, обусловленные наличием узкозонных нелегированных полупровдниковых слоев в легированной сверхрешетке. В основном состоянии системы амплитуда периодического сверхрешеточного потенциала определяется уровнем легирования и толщинами слоев легированных материалов. Кроме того, потенциалможно изменять применяя электрическое или оптическое возбуждение кристалла.
В завершение краткого обзора полезно привести класификацию сверхрешеток. Исходя из структурных признаков классификация приводится на рисунке 4. Вторичным парамером в данном случае является физическая природа потенциала. Исходя из характера относительного расположения краев зон классификация дана на рисунке 5. На рисунке 6 показана классификация композиционных сверхрешеток 1-го типа, здесь характерным признаком классификации является материал сверхрешетки, а также степень согласованности постоянных решеток на границе гетероперехода.
Список используемых источников
1 Херман М. Полупроводниковые сверхрешетки: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989