граніц до значень порядку 10 8 см - 2, що на кілька порядків менше, ніж у кращих МДП - структурах. Це призводить до можливості отримання високих подвижностей? в приповерхневому каналі. У гетероструктурах були отримані значення рухливості електронів, перевищують 10 7 см 2/(В * с), у той час як для кращих МДП - структур? ? 5 * 10 4 см 2/(В * с).
Малюнок 2 - Зонна діаграма гетеропереходу між ширококутного напівпровідник n - типу і вузькозонних p - типу.
4. Структури з одновимірним електронним газом (квантові нитки)
Отримання квантових структур з ефективною розмірністю менше двох (квантових ниток і крапок) є більш складним завданням. Найбільш поширеним способом її вирішення є субмікронний літографія. При цьому вихідним об'єктом є структура з двовимірним газом. Гетероструктура піддається літографічної процедурою, в ході якої рух електронів обмежується ще в одному з напрямків. Для цього використовуються два різних підходи: 1) безпосереднє вирізання вузької смужки за допомогою літографічної техніки (малюнок 3 а). При цьому для отримання електронних ниток шириною в десятки нанометрів, де квантування енергії електронів буде помітним, не обов'язково робити смужки настільки малій ширини. На бічних гранях витравленої смужки, як і на вільній поверхні напівпровідника можуть утворюватися поверхневі стану, що створюють шар збіднення. Цей шар викликає додаткове звуження провідного каналу, в результаті чого квантові ефекти можна спостерігати і в смужках більшої ширини - порядку десятої частки мікрона. 2) Поверхні напівпровідникової структури з двовимірним газом покривають металом, що створює з напівпровідником контакт Шотткі і мають вузьку щілину (малюнок 3 б).
Малюнок 3 - Гетероструктури з квантовимі нитками, отримані за допомогою субмикронной літографії за рахунок витравлювання вузької смужки із самої структури (а) або щілини в затворі Шотткі (б) .1 - AlGaAs; 2 - GaAs; 3 - електронний газ; 4 - металевий затвор.
Якщо гетерограніц знаходиться досить близько від поверхні, то двовимірні електрони будуть відсутні усюди, крім вузької області під щілиною. Перевага такої одномірної структури: змінюючи напругу на металевому затворі, можна управляти ефективної шириною квантової нитки і концентрацією носіїв в ній.
5. Застосування квантово-розмірних структур у приладах мікро - та наноелектроніки
5.1 Лазери з квантовими ямами і точками
Найпоширенішим типом напівпровідникового лазера є лазер на подвійній гетероструктурі, де активна область являє собою тонкий шар вузькозонних напівпровідника між двома широкозонному. Такі подвійні гетероструктури на основі напівпровідникових сполук A III BV були запропоновані й реалізовані Ж.І. Алфьоровим та ін. При досить малій товщині активної області гетероструктура починає поводитися як квантова яма і квантування енергетичного спектру в ній істотно змінює властивості лазерів.
Основний вплив на властивості лазерів надає зміна густини станів, що відбуваються під впливом розмірного квантування. Якщо в масивному напівпровіднику в безпосередній близькості від краю зони ця величина мала, то в квантово-розмірної системі вона не убуває поблизу краю, залишаючись рівною m / ? ? 2 . Завдяки цьому факту умови створення інверсної населеності в двовимірних системах виявляються більш сприятливими, ніж в тривимірних. Створення лазерів з квантово-розмірної активною областю дозволило отримати безперервну генерацію при кімнатній температурі і надалі знизити пороговий струм інжекційного лазера до рекордно низьких значень, складових до справжнього моменту величину порядку 50 А/см 2.
Завдяки іншій енергетичної залежності густини станів змінюється не тільки величина порогового струму, але і його температурна залежність. Вона стає більш слабкою, в силу чого безперервну генерацію вдається отримати не тільки при кімнатній, але і при більш високій температурі.
Іншою особливістю лазерів на квантових ямах є можливість їх частотної перебудови. Мінімальна енергія випромінюваних світлових квантів дорівнює
(6)
Вона змінюється при зміні розмірів квантової ями, тобто шляхом зміни ширини квантової ями можна здійснити перебудову частоти генерації, зрушуючи її в короткохвильову сторону в порівнянні з лазерами з широкою (класичної) активною областю.
Малюнок 4 - Двостороння лазерна гетероструктура: а) в стані термодинамічної рівноваги; б) при роботі.
У квантових точках енергетичний спектр змінюється більше радикально, ніж у квантових ямах. Щільніст...
