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半导体超晶格
半导体超晶格
半导体超晶格
一种人造材料，由交替生长的两种半导体材料
薄层组成的一维周期性结构，其薄层厚度的真
气小于电子的平均自由层。
生长超晶格的技术
MBE, MOCVD
理想超晶格结构
弛豫
当外延层的厚度超过临界厚度时，则外延层
的应变消失，恢复原来的晶格常数。
赝晶生长
应变异质结的无界面失配应变层的生长模式。
赝晶生长的临界厚度随生长温度的升高而减小，
随赝晶组分的不同而改变。
应变异质结的应用
扩展了异质结材料的种类
实现材料人工改性
超晶格材料
III-V/III-V, IV/III-V, II-VI/II-VI, IV-VI/IV-VI
化合物超晶格材料
元素半导体超晶格材料
IV/IV
非晶态半导体超晶格材料
超晶格材料的应用
量子阱激光器、量子阱光电探测器、光学双稳
态器件、调制掺杂场效应晶体管
超晶格材料的分类
成分超晶格：周期性改变薄层的成分。
掺杂超晶格：周期性改变同一成分的各薄层中
的掺杂类型。
Ga1-xAlxAs/GaAs
GaAs
Ga1-xAlxAs
Ga1-xAlxAs/GaAs 能带图
b
c
EC
EV
GaAs
Ga1-xAlxAs
z
Z方向周期性势场为
n 为整数
超晶格中电子运动的方程
硅： α= 4.73×10-4eV/K β= 636K
锗： α= 4.774×10-4eV/K β= 235K
T=300K时， EgSi=1.12eV， EgGe=0.67eV
温度系数α和β分别为：
所以Eg具有负温度系数。
对半导体来说，导带底和价带顶的能量差，即禁带宽度Eg是十分重要的量.
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体的能带结构
GaAs化合物半导体的能带结构
导带极小值位于k=0处，等能面试球面，导带电子有效质量mn*=0.067m0, 禁带宽度Eg=1.424eV,
价带顶也位于k=0处，分重空穴带、轻空穴带和劈裂带
GaAs半导体的能带结构为直接带隙半导体
半导体中常用的约化能带图：

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