ГЕТЕРОСТРУКТУ́РА

ГЕТЕРОСТРУКТУ́РА, твер­до­тель­ная струк­ту­ра, со­дер­жа­щая не­сколь­ко ге­те­ро­пе­ре­хо­дов. Г. клас­си­фи­ци­ру­ют­ся по ти­пу ге­теро­пе­ре­хо­да. В Г. пер­во­го ти­па раз­ры­вы зон на ге­те­ро­пе­ре­хо­де фор­ми­ру­ют об­ласть ло­ка­ли­за­ции для элек­тро­нов и ды­рок в од­ном слое. В Г. вто­ро­го ти­па элек­тро­ны и дыр­ки ло­ка­ли­зо­ва­ны в разл. сло­ях. Управ­ле­ние ло­ка­ли­за­ци­ей но­си­те­лей за­ря­да и ши­ри­ной за­пре­щён­ной зо­ны в Г. по­зво­ля­ет соз­да­вать эф­фек­тив­ные све­то­из­лу­чаю­щие при­бо­ры, тран­зи­сто­ры с вы­со­кой под­виж­но­стью элек­тро­нов, ге­те­ро­би­по­ляр­ные тран­зи­сто­ры, сол­неч­ные эле­мен­ты и др. при­бо­ры мик­ро- и оп­то­элек­тро­ни­ки.

Схематическое представление гетероструктур различной размерности D (а), число электронных состояний N в пространстве волнового вектора 𝑘 (б) и плотность состояний dN/dℰ (в). 3D – объёмный матери...

Г. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся раз­мер­но­стью D. В Г. со срав­ни­тель­но тол­сты­ми слоя­ми пол­ное чис­ло элек­трон­ных со­стоя­ний $N$ про­пор­цио­наль­но ку­бу вол­но­во­го век­то­ра $𝑘$ и плот­ность со­стоя­ний $dN/dℰ$ для па­ра­бо­лич. за­ко­на дис­пер­сии за­ви­сит гл. обр. от энер­гии $ℰ$ от­но­си­тель­но дна зо­ны про­во­ди­мо­сти или по­тол­ка ва­лент­ной зо­ны (рис.). В слу­чае сверх­тон­ких сло­ёв, т. н. кван­то­вых ям (ок. 10 нм и ме­нее), дви­же­ние но­си­те­лей за­ря­да кван­то­ва­но в на­прав­ле­нии, пер­пен­ди­ку­ляр­ном к плос­ко­сти сло­ёв (дву­мер­ные сис­те­мы), и плот­ность со­стоя­ний пред­став­ля­ет со­бой сту­пен­ча­тую функ­цию, где энер­ге­тич. рас­стоя­ние ме­ж­ду сту­пе­ня­ми воз­рас­та­ет квад­ра­тич­но с умень­ше­ни­ем тол­щи­ны слоя. В Г. с раз­мер­ным кван­то­ва­ни­ем в двух на­прав­ле­ни­ях и, со­от­вет­ст­вен­но, од­но­мер­ным не­ог­ра­нич. дви­же­ни­ем но­си­те­лей («кван­то­вой про­во­ло­ке») плот­ность со­стоя­ний ис­пы­ты­ва­ет син­гу­ляр­ность (осо­бен­ность) у дна ка­ж­дой под­зо­ны. В Г. с раз­мер­ным кван­то­ва­ни­ем во всех трёх из­ме­ре­ни­ях («кван­то­вой точ­ке») спектр плот­но­сти со­стоя­ний пред­став­ля­ет со­бой дель­та-функ­цию ана­ло­гич­но спек­тру плот­но­сти со­стоя­ний ато­ма. Воз­мож­ность управ­лять плот­но­стью со­стоя­ний твёр­до­го те­ла пу­тём из­ме­не­ния ха­рак­тер­ных раз­ме­ров Г. и её раз­мер­но­сти и, со­от­вет­ст­вен­но, це­ле­на­прав­лен­но и кар­ди­наль­но из­ме­нять элек­трон­ные и оп­тич. свой­ст­ва сре­ды при­ве­ла к про­ры­ву в об­лас­ти фи­зич. ис­сле­до­ва­ний и при­ме­не­ний ге­те­ро­ст­рук­тур.

Раз­ные ко­эф­фи­ци­ен­ты пре­лом­ле­ния све­та для разл. сло­ёв Г. по­зво­ля­ют дос­ти­гать эф­фек­тив­но­го вол­но­вод­но­го эф­фек­та, ис­поль­зуе­мо­го, напр., в ге­те­ро­ла­зе­рах с вы­во­дом из­лу­че­ния па­рал­лель­но плос­ко­сти сло­ёв. Мно­го­слой­ные ин­тер­фе­рен­ци­он­ные Г. по­зво­ля­ют по­лу­чать вы­со­кие ко­эф­фи­ци­ен­ты от­ра­же­ния све­та в на­прав­ле­нии, пер­пен­ди­ку­ляр­ном плос­ко­сти сло­ёв, и ис­поль­зу­ют­ся, напр., в вер­ти­каль­но из­лу­чаю­щих ла­зе­рах, ла­зе­рах с на­клон­ной мо­дой с вы­во­дом излу­че­ния ли­бо вдоль сло­ёв, ли­бо с по­верх­но­сти. Наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зуе­мые Г. по­лу­ча­ют в сис­те­мах по­лу­про­вод­ни­ков хи­мич. эле­мен­тов IV груп­пы и со­еди­не­ний групп III, V и II, VI пе­рио­дич. сис­те­мы.

Лит.: Bimberg D., Grundmann M., Leden­tsov N. Quantum dot heterostructures. Chi­ches­ter; N. Y., 1999; Ал­фе­ров Ж. И. Фи­зи­ка и жизнь. 2-е изд. М., 2001.

Н. Н. Ле­ден­цов.