Techniklexikon

Halbleiterübergitter

periodische Abfolge von Heterostrukturen (Kompositionsübergitter), bei denen Schichten verschiedener Materialien abwechseln (Abb. 1), oder Dotierungsübergitter, bei denen sich die Schichten in der Dotierung unterscheiden (Abb. 2). Ersteres liefert eine Aneinanderreihung mehrerer Potentialtöpfe, bei denen, wie bei einer Halbleiterheterostruktur, ein zweidimensionales Elektronengas und Modulationsdotierung auftreten.

Die scharfen Zustände der einzelnen Potentialtöpfe spalten auf, wenn der Abstand zwischen ihnen so klein wird, dass sich die Wellenfunktionen aus den benachbarten Potentialtöpfen überlappen (sog. Minibänder). Dies ist ab 50-100 Å der Fall. Die Trennung von Ladungsträgern und Störstellen in Übergittern und die damit verbundene hohe Beweglichkeit der Ladungsträger wird zur Herstellung elektronischer Bauelemente mit sehr viel höheren Schaltfrequenzen, wie zum Beispiel dem MODFET (modulation doped field effect transistor), genutzt.

Eine räumliche Trennung von Elektronen und Löchern besteht auch in Dotierungsübergittern. Sie sind aus dünnen, abwechselnd hoch n- und p-dotierten Schichten, zwischen denen intrinsische Bereiche entstehen, zusammengesetzt und werden deshalb auch nipi-Strukturen genannt. In diesem Fall ist der Verlauf der Bandkanten sinusförmig. Elektronen und Löcher halten sich in Subbändern mit einer im Vergleich zum Halbleitermaterial verringerten effektiven Bandlücke auf. Die Grösse dieser Bandlücke, aber auch andere Eigenschaften, wie Lumineszenz, Absorptionskoeffizient und Leitfähigkeit, lassen sich durch die Wahl der Schichtdicken (zwischen etwa 5-300 nm) verändern. Diese Eigenschaften sind damit für Halbleiterübergitter keine festen Materialgrössen mehr, sondern einstellbar.

Halbleiterübergitter 1: GaAs/AlGaAs-Kompositionsübergitter. Durch Kopplung der Wellenfunktionen in den GaAs-Potentialtöpfen entstehen Minibänder. Bei dotierten Schichten entsteht zusätzlich eine Bandverbiegung (hier nicht berücksichtigt).

Halbleiterübergitter 2: Dotierungsübergitter. In abwechselnd n- und p-dotierten Schichten bildet sich durch die Bandverbiegung ein sinusförmiger Verlauf der Bandkanten aus. Elektronen und Löcher besetzen Minibänder in räumlich getrennten Schichten.