超晶格结构与特性

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超晶格结构与特性

作者：张海瑞

来源：《价值工程》2014年第28期

摘要：本文简要论述了半导体超晶格的分类，结构特性，能带结构与应变超晶格，以及

它们的发展与应用。

Abstract： This paper briefly discusses the classification， structural characteristics and the band structure of semiconductor superlattice， strained-layer superlattice， and their development and application.

关键词：超晶格；结构；类型；特征

Key words： superlattice；structure；types；characteristics

中图分类号：O431.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）28-0318-02

1 超晶格的定义及结构

超晶格是指周期性交替生长的两种或多种材料构成的人造晶体。相邻两层不同材料的厚度合称为超晶格的周期长度，一般来说这个周期长度比各层单层的晶格常数大几倍或更长，因此，这种结构获得了“超晶格”的名称。下面对半导体超晶格的结构进行简单的介绍。

Ga1-xAlxAs/GaAs半导体超晶格结构是在半绝缘的GaAs衬底上，外延生长GaAs薄层，再在上面交替的生长厚度为几埃甚至上百埃的Ga1-xAlxAs和GaAs薄层而构成的。掺杂时的Ga1-xAlxAs/GaAs的能带图如图2所示，GaAs的禁带宽度Eg1为1.424eV，Ga1-xAlxAs的禁带宽度Eg2则随组分x而变，其关系为：Eg2=Eg1+1.247x。

两种材料的禁带宽度之差ΔEg为：ΔEg=Eg2-Eg1=1.247x，可见，ΔEg也随Al组分x而变化。从图2中可以看到，在Ga1-xAlxAs和GaAs的交界处，能带是不连续的，二者的导带底

能量差为ΔEc，价带顶能量差为ΔEν，而且ΔEc+ΔEν=ΔEg。丁格尔等用光吸收实验研究确定ΔEc=（0.85±0.03）ΔEg，ΔEν=（0.15±0.03）ΔEg。今年来还发现了一些新的实验数据如

ΔEc=0.67ΔEg。

2 超晶格类型

超晶格分为两类：成分超晶格和掺杂超晶格，前者是周期性的改变薄层的成分而形成的超晶格，如Ga1-xAlxAs/GaAs；后者是周期性的改变同一成分的各薄层中的掺杂类型而形成的超晶格，在超晶格的微结构中，存在三种不同类型的界面。Ⅰ型——跨立型，一种半导体带隙处于另一种半导体的带隙中，因此不论对电子或空穴，左侧均为势阱材料，右侧均为势垒材料。