半导体异质结(semiconductor haerojunction)  

不同种半导体材料之间的接触都称为半导体异质结。异质结可分为两类：(1)反型异质结。由导电类型相反的两种不同的半导体材料形成。例如p型锗与n型GaAs所形成的异质结，记为p—n Ge—GaAs或(p)Ge—(n)GaAs。(2)同型异质结。由导电类型相同的两种不同半导体材料所形成，例如n—n Ge—GaAs或(n)Ge—(n)GaAs。在异质结中有晶格失配存在，两种半导体材料交界面处产生悬挂键而引入界面态。

如果从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生在几个原子距离范围内，则称为突变异质结；如果发生在几个扩散长度范围内，则称为缓变异质结。突变异质结能带图如图所示。能带图产生“跃变”、“尖峰”和“凹口”等能带突变。对异质结的电流输运机构可用多种模型来描述，如突变反型异质结的电流输运机构有扩散模型、发射模型和发射一复合模型等。这三种模型的电流、电压特性可总结为：(1)温度丁一定时的电流密度为：

式中η为与异质结的各种物理性质有关的一个参数；V为电压，V；q是电子电荷，C(库仑)；Ko为玻耳兹曼常数；丁为热力学温度K(开尔文)；(2)电压V一定时，正向电流密度为，r为一常数。其电流、电压特性可由来表示，式中m≥1。而突变同型异质结的电流输运机构可由双肖特基二极管模型来说明。异质结能带的突变j形成异质结的两种半导体材料的禁带宽度、介电常数、折射率、吸收系数等物理参数的不同，使异质结表现出许多不同于同质结的性质。就异质结阻挡层特性来看，其重要性能有：(1)结上形成的能带“跃变”使少子的注入效率增高，起着电子和空穴的有效发射电极的作用。(2)能带的突变起着势垒的作用，挡住了另一边注入的载流子，可以观察到载流子的封闭注入效应。(3)在光或电场的作用下，可从界面上产生的定域态能级上激发产生载流子。(4)虽然是n—n或p—p同型异质结，但是通过适当地选择两种组合半导体材料的禁带宽度和电阻率，也可以使界面的扩散电势差有与p—n结相同的极性，能够具有多子控制型的整流作用。正是由于异质结具有的独特性能，使其在器件制作上获得广泛应用。例如异质结太阳能电池能够扩大光谱灵敏度的范围和获得高的能量转换效率，对p—n结注入发光，为了提高少子的注入效率，可采用异质结；n—GaAs外延生长Al_XGa_1-XAs制成单异质结激光器，优点为阈值低，效率高，而制成双异质结激光器，性能更好；异质结晶体管可改善发射极注入效率和提高电流增益；用于应变传感器，可检测高频应变，且有很高的输出电压灵敏度，纳米级超薄多层异质结排列可形成组分半导体超晶格。