Гетероструктура

ГЕТЕРОСТРУКТУРА, твердотельная структура, содержащая несколько гетеропереходов. Гетероструктуры классифицируются по типу гетероперехода. В гетероструктурах первого типа разрывы зон на гетеропереходе формируют область локализации для электронов и дырок в одном слое. В гетероструктурах второго типа электроны и дырки локализованы в различных слоях. Управление локализацией носителей заряда и шириной запрещённой зоны в гетероструктурах позволяет создавать эффективные светоизлучающие приборы, транзисторы с высокой подвижностью электронов, гетеробиполярные транзисторы, солнечные элементы и другие приборы микро- и оптоэлектроники.

Гетероструктуры характеризуются размерностью D. В гетероструктурах со сравнительно толстыми слоями полное число электронных состояний N пропорционально кубу волнового вектора к и плотность состояний dN/dE для параболического закона дисперсии зависит главным образом от энергии Е относительно дна зоны проводимости или потолка валентной зоны (рисунок). В случае сверхтонких слоёв, так называемых квантовых ям (около 10 нм и менее), движение носителей заряда квантовано в направлении, перпендикулярном к плоскости слоёв (двумерные системы), и плотность состояний представляет собой ступенчатую функцию, где энергетическое расстояние между ступенями возрастает квадратично с уменьшением толщины слоя. В гетероструктурах с размерным квантованием в двух направлениях и, соответственно, одномерным неограниченным движением носителей («квантовой проволоке») плотность состояний испытывает сингулярность (особенность) у дна каждой подзоны. В гетероструктурах с размерным квантованием во всех трёх измерениях («квантовой точке») спектр плотности состояний представляет собой дельтафункцию аналогично спектру плотности состояний атома. Возможность управлять плотностью состояний твёрдого тела путём изменения характерных размеров гетероструктуры и её размерности и, соответственно, целенаправленно и кардинально изменять электронные и оптические свойства среды привела к прорыву в области физических исследований и применений гетероструктур.

Разные коэффициенты преломления света для различных слоёв гетероструктуры позволяют достигать эффективного волноводного эффекта, используемого, например, в гетеролазерах с выводом излучения параллельно плоскости слоёв. Многослойные интерференционные гетероструктуры позволяют получать высокие коэффициенты отражения света в направлении, перпендикулярном плоскости слоёв, и используются, например, в вертикально излучающих лазерах, лазерах с наклонной модой с выводом излучения либо вдоль слоёв, либо с поверхности. Наиболее широко используемые гетероструктуры получают в системах полупроводников химических элементов IV группы и соединений групп III, V и II, VI периодической системы.

Лит.: Bimberg D., Grundmann М., Ledentsov N. Quantum dot heterostructures. Chichester; N. Y., 1999; Алферов Ж. И. Физика и жизнь. 2-е изд. М., 2001.