第第9 9章章 异质结异质结1 1 异质结的基本概念异质结的基本概念n异质结是由两种不同晶体材料形成的半导异质结是由两种不同晶体材料形成的半导体结体结n同型异质结：同种导电类型材料构成的异同型异质结：同种导电类型材料构成的异质结（质结（n-nGe-Sin-nGe-Si，，p-pGe-GaAsp-pGe-GaAs）） 反型异质结：相反导电类型材料构成的异反型异质结：相反导电类型材料构成的异质结（质结（p-nGe-GaAsp-nGe-GaAs））n异质结的形成条件：要有相近的晶体结构异质结的形成条件：要有相近的晶体结构和晶格常数和晶格常数 突变型异质结和缓变型异质结突变型异质结和缓变型异质结n突变型异质结：转变区或过渡区小于等突变型异质结：转变区或过渡区小于等于数个原子间距的异质结于数个原子间距的异质结n缓变型异质结：转变区大于数个扩散长缓变型异质结：转变区大于数个扩散长度的异质结度的异质结 2 2 异质结的能带图异质结的能带图n突变异质结的研究比较成熟突变异质结的研究比较成熟n异质结的能带图比同质结复杂（禁带宽异质结的能带图比同质结复杂（禁带宽度，电子亲合能，功函数，介电常数和度，电子亲合能，功函数，介电常数和晶格常数差异）晶格常数差异）n由于晶体结构和晶格常数不同，在异质由于晶体结构和晶格常数不同，在异质结结面上形成的界面态增加了复杂性结结面上形成的界面态增加了复杂性 2.1 2.1 不考虑界面态的能带图不考虑界面态的能带图n1 1 突变反型异质结能带图突变反型异质结能带图 n能带总的弯曲量就是真空电子能级的弯曲量，能带总的弯曲量就是真空电子能级的弯曲量，即即式中式中V VD D称为接触电势差（或称内建电势差、扩散称为接触电势差（或称内建电势差、扩散电势）电势）, ,它等于两种半导体材料的功函数之差它等于两种半导体材料的功函数之差(W(W1 1- -W W2 2) )与电子电荷比值。
而与电子电荷比值而V VD1D1,V,VD2D2分别为交界面两侧分别为交界面两侧的的p p型半导体和型半导体和n n型半导体中的内建电势差型半导体中的内建电势差 n2 2 异质结的形成过程与同质结相似，与同异质结的形成过程与同质结相似，与同质结不同之处质结不同之处（（1 1）自建电场在界面处发生不连续）自建电场在界面处发生不连续（（2 2）能带在界面处不连续，能带在界面处的突变）能带在界面处不连续，能带在界面处的突变形成形成““尖峰尖峰””和和““凹口凹口””导带底突变导带底突变价带顶突变价带顶突变 n3 3 突变同型异质结能带图突变同型异质结能带图 2.2 2.2 考虑界面态的能带图考虑界面态的能带图n1 1 界面态界面态 异质结界面态的产生主要原因是异质结界面态的产生主要原因是晶格失配晶格失配 当两种半导体材料形成异质结时，在交界面处，在晶格常数当两种半导体材料形成异质结时，在交界面处，在晶格常数小的半导体材料中出现了一部分不饱和的键，这就是小的半导体材料中出现了一部分不饱和的键，这就是悬挂键悬挂键，，形成异质结的形成异质结的界面态界面态 通常制造突变异质结时，是把一种半导体材料在和它具有相通常制造突变异质结时，是把一种半导体材料在和它具有相同的或不同的晶格结构的另一种半导体材料上生长而成。
生长同的或不同的晶格结构的另一种半导体材料上生长而成生长层的晶格结构及晶格完整程度都与这两种半导体材料的晶格匹层的晶格结构及晶格完整程度都与这两种半导体材料的晶格匹配情况有关对于晶格常数为配情况有关对于晶格常数为a a1 1和和a a2 2，而且，而且a a1 1N>Ns2s2，形成异质结后，晶格常数，形成异质结后，晶格常数小的材料表面出现部分未饱和键，形成的界面小的材料表面出现部分未饱和键，形成的界面态密度态密度n对于两种相同晶体结构材料形成的异质结，界对于两种相同晶体结构材料形成的异质结，界面态密度面态密度△△NsNs取决于晶格常数和晶面取决于晶格常数和晶面 n2 2 界面态的影响界面态的影响 界面态可以分为施主型界面态和受主型界面界面态可以分为施主型界面态和受主型界面态。
施主型界面态施放电子后带上正电荷，使半态施主型界面态施放电子后带上正电荷，使半导体表面能带向下弯曲；受主型界面态施放空穴导体表面能带向下弯曲；受主型界面态施放空穴之后带上负电荷，使半导体表面能带向上弯曲之后带上负电荷，使半导体表面能带向上弯曲界面态对异质结能带的影响取决于界面态起什么界面态对异质结能带的影响取决于界面态起什么作用和起多大作用作用和起多大作用 当界面态的密度很高时，界面当界面态的密度很高时，界面态电荷产生的电场往往大于由态电荷产生的电场往往大于由两种半导体材料接触而产生的两种半导体材料接触而产生的电势差，在这样情况下，异质电势差，在这样情况下，异质结的能带图往往由界面态所结的能带图往往由界面态所引起的能带的弯曲来决定引起的能带的弯曲来决定。