тках є позитивно зарядженими, а всі акцепторні центри - негативно зарядженими. Потенціал об'ємного заряду в легованих сверхрешетках модулює краю зон вихідного матеріалу таким чином, що електрони і дірки опиняються просторово розділеними. Відповідним вибором рівня легування і товщини шарів цей поділ можна зробити практично повним.
Важливою особливістю легованих надграток є те, що екстремуми хвильових функцій електронів і дірок зрушені відносно один одного на половину періоду сверхрешетки. Вибором параметрів сверхрешетки це перекриття можна зробити дуже малим, що приводить до виключно великим рекомбінаційним часам життя носіїв струму. Ця обставина дозволяє легко змінювати концентрацію носіїв струму в цих сверхрешетках [3].
Крім композиційних і легованих надграток можливі й інші типи цих матеріалів, що розрізняються споcобом створення модулюючого потенціалу. У спінових сверхрешетках [3] легування вихідного напівпровідникового матеріалу здійснюється магнітними домішками. Періодичний потенціал у таких сверхрешетках виникає при накладенні зовнішнього магнітного поля. Потенціал сверхрешетки може створюватися також періодичної деформацією зразка в поле потужної ультразвукової хвилі або стоячій світлової хвилі [3].
4.4 Енергетична структура напівпровідникових надграток
Фізичні властивості напівпровідникових надграток визначаються їх електронним спектром. Для знаходження електронного спектра необхідно вирішити рівняння Шредінгера для хвильової функції електрона в сверхрешетки (r) в одноелектронному наближенні, який містить як потенціал кристалічної решітки V (r), так і потенціал надгратки (z):
(5)
Тут z - напрям, перпендикулярний поверхні сверхрешетки (вісь сверхрешетки); - ефективна маса електрона; Е - повна енергія частинки.
Оскільки потенціал сверхрешетки залежить тільки від координати z, що збігається з віссю сверхрешетки, то енергетичний спектр електронів в надрешітки різко анизотропен. На рух електронів в площині, перпендикулярній осі надгратки її потенціал не буде надавати помітного впливу. У той же час, рух електронів уздовж осі z буде відповідати руху в полі з періодом d. p> У загальному вигляді дисперсійне співвідношення для електрона в надрешітки (6), тут j - номер енергетичної мінізони.
Так як потенціал сверхрешетки періодичн, то енергетичний спектр електрона в напрямку осі надгратки має зонний характер. Так як період сверхрешетки d значно більше постійної кристалічної решітки а, то виходять при цьому сверхрешеточние зони (Мінізони) являють собою більш дрібне дроблення енергетичних зон вихідних напівпровідників. p> Щільність електронних станів в напівпровідниковій надгратці істотно відрізняється від відповідної величини в тривимірній електронній системі. На рис. 7. показана залежність щільності електронних станів в надрешітки від енергії Е [1]. Інтервал енергії містить три перші мінізони. Ширина кожної з цих мінізони позначена відповідно E 1 , E 2 іE 3 . Для порівняння на цьому ж рисунку наведені залежності (7) для тривимірного електронного газу (крива 2) і (i-ціле) для двовимірного газу електронів (штрихова ступінчаста лінія 3).
В
Рис. 7
Розщеплення енергетичної зони напівпровідника в напрямку осі надгратки на ряд неперекривающіхся мінізони є загальним результатом для надграток різного типу. Дисперсійний закон для носіїв заряду в мінізони, положення і ширина мінізони визначається конкретним типом сверхрешетки. p> 4.5 Дослідження напівпровідникових надграток
У роботах з дослідження напівпровідникових надграток значне місце займають питання, пов'язані з вивченням профілю сверхрешеточной структури і досконалості кордонів гетеропереходов. Із структурних методів найбільше поширення набули два: визначення глибинного профілю концентрацій елементів методом електронної оже-спектроскопії (ЕОС) у поєднанні з іонним травленням і малокутових дифракція рентгенівських променів. p> На рис. 8 представлений експериментальний оже-профіль складу сверхрешеточной структури [2,4], що складається з чергуються шарів GaAs і Al 0,25 Ga 0,75 As. Товщина кожного шару становила 5 нм. Точками на малюнку показані експериментальні значення величини x у формулі Al x Ga 1-x As. Ці значення були обчислені з відношення інтенсивностей оже-піків Al (1390 еВ) і As (1228 еВ). Профіль концентрації Al отриманий послідовним натравлюванням поверхневих шарів сверхрешеточной структури іонами аргону з енергією 1,5 кеВ. Швидкість травлення становила 0,3 - 1 нм/хв. Поступове зменшення амплітуди осциляцій величини x в міру травлення пов'язано з просторовим розходженням швидкостей травлення за площею сфокусованого первинного пучка електронів.
В
Рис. 8
Важливі структурні характеристики багатошарових структур можна отримати з результатів малокутової дифракції...
