о охарактеризуємо різні гетероструктури і надрешітки, вказуючи в дужках відповідний термін і скорочення англійською мовою.
систематики зручно почати з одиночного гетероперехода між двома композиційними матеріалами - напівпровідниками A і B. Один або обидва композиційних матеріалу можуть бути твердими розчинами, наприклад, Al 1-x Ga x As або Cd 1-x Mn x Te. Наведемо приклади гетеропар A/B: GaAs/Al 1-x Ga x As, In 1-x Al x As/Ga 1-y Al y As, InAs/AlSb, Ga 1-x In x As/InP, CdTe/Cd1-x Mn x Te, Zn 1-x Cd x Se/ZnSySe 1-y, ZnSe/BeTe, ZnSe/GaAs, Si 1-x Ge x/Si і т.д. Тут індекси x, 1-x або y, 1-y означають частку атомів певного сорту у вузлах кристалічної решітки або який-небудь із подрешеток. За визначенням, в гетеропереходах типу I заборонена зона E g одного з композиційних матеріалів лежить всередині забороненої зони іншого матеріалу. У цьому випадку потенційні ями для електронів чи дірок розташовані в одному і тому ж шарі, наприклад, всередині шару GaAs в гетероструктуре GaAs/Al 1-x Ga x As з x lt; 0.4. Нехай матеріал A характеризується меншою забороненою зоною, тобто E A g lt; E B g. Тоді висота потенційного бар'єра на інтерфейсі A/B складає V c=E c B - E c A для електронів і V h=E v A - E v B для дірок, де E cj, E vj - енергетичне положення дна зони провідності c і стелі валентної зони v в матеріалі j=A, B. Сума V c + V h дорівнює різниці EB g - EA g. У широко застосовуваної гетеросистемі GaAs/Al 1-x Ga x As ставлення потенційних бар'єрів V c/V h становить 1.5.
У структурах типу II дно зони провідності E c нижче в одному, а стеля валентної зони E v вище в іншому матеріалі, як у випадку GaAs/Al 1-x Ga x As з x gt; 0.4, InAs/AlSb або ZnSe/BeTe. Для зазначених гетеропар заборонені зони EA g і EB g перекриваються. Є також гетеропереходи типу II (наприклад, InAs/GaSb), у яких заборонені зони не перекриваються і дно зони провідності в одному матеріалі лежить нижче стелі валентної зони в іншому матеріалі. До типу III відносять гетеропереходи, в яких один з шарів є безщілинну, як у випадку пари HgTe/CdTe.
Подвійний гетероперехід B/A/B типу I являє собою структуру з одиночною квантовою ямою, якщо EA g lt; EB g, або структуру з одиночним бар'єром, якщо EA g gt; E B g. У широкому сенсі квантової ямою називають систему, в якій рух вільного носія, електрона або дірки, обмежено в одному з напрямків.
Малюнок 18 - Зонна схема структури з одиночною квантовою ямою (a) і одиночним бар'єром (b). V e, h - висота потенційного бар'єра (або розрив зон) на інтерфейсі в зоні провідності і валентній зоні відповідно
В результаті виникає просторове квантування і енергетичний спектр по одному з квантових чисел з безперервного стає дискретним. Ясно, що подвійна гетероструктура типу II є структурою з одиночною квантовою ямою для одного сорту часток, скажімо, для електронів, і структурою з одиночним бар'єром для носія заряду протилежного знака. Поряд з прямокутними квантовими ямами, представленими на малюнку 18, можна вирощувати ями іншого профілю, зокрема параболічного або трикутного.
Малюнок 19 - Зонна схема періодичної структури з квантовими ямами (якщо бар'єри широкі) або надрешітки (якщо бар'єри тонкі)
Природним розвитком однобарьерной структури є двох- і трехбарьерние структури. Аналогічно від одиночною квантовою ями природно перейти до структури з двома або трьома квантовими ямами і структурам з цілим набором ізольованих квантових ям (рис. 19). Навіть якщо в такій структурі бар'єри практично непроникні, двочасткові електронні збудження, екситони, в різних ямах можуть бути пов'язані через електромагнітне поле, і присутність багатьох ям суттєво впливає на оптичні властивості структури. У міру того як бар'єри стають тоншими, тунелювання носіїв з однієї ями в іншу стає помітнішою. Таким чином, зі зменшенням товщини b квазідвумерние стану (2D стану), або стану в підзонах (subband) розмірного квантування ізольованих ям, трансформуються в тривимірні мінізони стану. У результаті періодична структура ізольованих квантових ям, або толстобарьерная сверхрешетке, перетворюється на тонкобарьерную надгратку, або просто надгратку.
Формування мінізони стає актуальним, коли період надрешітки d=a + b стає менше довжини вільного пробігу носія заряду в напрямку осі росту структури (надалі вісь z ). Ця довжина може залежати від сорту носія, зокрема, через відмінності ефективних мас електрона і дірки. Тому одна і та ж періодична структура з квантовими ямами може бути одночасно як сверхрешетке для більш легких носіїв, зазвичай це електрони, так і структурою з набором ізольованих ям для іншого сорту носіїв, наприклад важких дірок. Останні також можуть переміщатися уздовж осі росту, однак цей рух носить не когерентний характер, а являє собою ланцюжок неко...
