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Heterojunction

  一种半导体材料生长在另一种半导体材料上所形成的接触过渡区称谓异质结,依照二种材料的导电类型分为同型异质结(Pp或Nn)或异型(Pn或Np)异质结,多层异质结则称为异质结构。

  1949年W.肖克莱发明晶体管时就曾设想过利用异质结宽带隙发射极单向注入的特点提高发射极的注入比,从而企望获得更大的晶体管电流放大系数,但大量的实验研究工作则开始于60年代初期外延生长技术发展之后。

  至少有三十种以上的异质结对材料被研究过,按其二种材料点阵常数 a的失配程度分为二类,即匹配型异质结和失配型异质结,前者以 GaAs/Ge为代表,后者以Ge/Si为代表,其失配度Δa/a0(a0表示基质材料的点阵常数,Δa为异质二材料点阵常数的差值)分别为0.08%和4.1%,相应的失配悬挂键密度为1012cm-1及1013cm-1 通常以1013cm-1悬挂键密度作为大致区分这二种类型异质结的界限。

  目前三元系、四元系固溶体材料外延生长技术的发展已使得从实验上可得到接近理想匹配的异质结。

  由于二种异质材料具有不同的物理化学参数(例如电子亲和势、带结构、介电常数和点阵常数等),因而导致在接触界面处产生了各种物理化学属性的失配,使异质结具有许多不同于同质PN结的新特性。例如,在光学方面异质结具有窗口效应、波导效应,在电学方面则有单向注入效应和对注入载流子的空间局域限制效应等,因此近20年来对异质结材料和器件的研究工作非常活跃,尤以Ⅲ-Ⅴ族材料异质结光电子器件为最,其代表性成就为室温连续波工作寿命达百万小时的 AlGaAs/GaAs双异质结激光器(DHLD)的问世,促使了大容量光纤通信的研究工作进入工程实用阶段。另一卓越成就则是目前引人注目地对调制掺杂场效应晶体管的研究,它采用AlGaAs/GaAs异质结构高低掺杂复合沟道, 注入载流子的输运是在带隙较小的高纯GaAs材料中,它的迁移率很高,沟道中大量载流子的来源则由带隙较高的高掺杂的AlGaAs提供,解决了高传输速率和低内阻抗的矛盾,使器件响应速度达到皮(10-12)秒量级,可与目前超导约瑟夫森结器件(见约瑟夫森效应)相媲美。另一活跃的异质结研究课题即量子尺寸超薄层异质结构激光器,人们称为量子阱激光器,它有很多新特点,例如谱线很窄,温度系数很小,可调谐等。总之它是一种新颖的量子效应功能器件。

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