Heterostruktura je termín ve fyzice polovodičů , označující vrstvenou strukturu vyrostlou na substrátu z různých polovodičů, obecně se lišících zakázaným pásmem . Mezi dvěma různými materiály vzniká tzv. heteropřechod , ve kterém je možná zvýšená koncentrace nosičů, a tedy vznik degenerovaného dvourozměrného elektronového plynu . Na rozdíl od homostruktur má větší svobodu volby při konstrukci požadovaného potenciálního profilu vodivostních a valenčních pásem. Heterostruktury umožňují řídit základní parametry v polovodičových krystalech a součástkách: zakázané pásmo, efektivní hmotnosti nosičů a jejich pohyblivosti, index lomu, elektronické energetické spektrum atd.
K pěstování heterostruktur se používá mnoho různých metod, mezi nimiž lze rozlišit dvě hlavní:
První metoda umožňuje pěstovat heterostruktury s vysokou přesností (až do atomární monovrstvy [1] ). Druhá metoda nemá vysokou přesnost, ale ve srovnání s první metodou má vyšší výkon.
Zhores Alferov ( Rusko ) a Herbert Kroemer ( USA ) získali v roce 2000 Nobelovu cenu za vývoj polovodičových heterostruktur pro vysokorychlostní optoelektroniku .
V rámci programu rozvoje nanotechnologií v Rusku dochází k aktivnímu rozvoji odvětví souvisejících s heterostrukturami, konkrétně výroby solárních článků a LED .
Shockley poprvé v roce 1948 poukázal na možnost využití vlastností kontaktu dvou různých polovodičů pro zvýšení účinnosti injekce u bipolárních tranzistorů. [2]
V roce 1957 Herbert Kremer ve své práci [3] navrhl , že heteropřechody by mohly mít vyšší účinnost vstřikování ve srovnání s homopřechody.
Kvalitativní model pro tvorbu energetického diagramu heteropřechodu vyvinul R. L. Anderson v roce 1960, studoval také první epitaxní monokrystalovou heteropřechod Ge - GaAs se shodnými mřížkovými konstantami [4] .
O několik let později Zh. I. Alferov [5] a G. Kremer [6] nezávisle formulovali koncept laserů založených na dvojitých heterostrukturách (DHS).
Alferov si všiml možnosti dosažení vysoké hustoty vstřikovaných nosičů a inverze populace pro získání stimulované emise v těchto strukturách. Ukázal, že hustota injektovaných nosičů může být o několik řádů vyšší než hustota nosičů v emitoru s velkou mezerou (efekt „ superinjekce “) a díky potenciálním bariérám na polovodičovém rozhraní je rekombinace v emitoru nulová. .
Nejslibnějším systémem pro získání heterostruktur byl systém AlAs - GaAs, protože sloučeniny AlAs a GaAs mají podobné mřížkové konstanty a GaAs má zase mnoho nezbytných vlastností, jako jsou nízké efektivní hmotnosti nosičů, vysoká mobilita elektronů, velký pás. mezera, efektivní radiační rekombinace a ostrá optická absorpční hrana díky přímé pásové struktuře.
Vývoj modifikace metody epitaxe v kapalné fázi (LPE) vhodné pro růst heterostruktur vedl k vytvoření první mřížkové heterostruktury AlGaAs . Byla vytvořena většina nejdůležitějších zařízení, která využívají hlavních výhod heterostruktur:
Práce Zh. I. Alferova a G. Kremera v oblasti výzkumu heteropřechodů byla v roce 2000 oceněna Nobelovou cenou za fyziku.
V současné době jsou heteropřechody široce používány při vytváření vysokofrekvenčních tranzistorů a optoelektronických zařízení. Na základě heterostruktur vznikají vysokorychlostní opto- a mikroelektronická zařízení: laserové diody pro systémy přenosu informací v optických sítích; heterostrukturní LED a bipolární tranzistory; nízkošumové tranzistory s vysokou mobilitou elektronů (HPET) používané ve vysokofrekvenčních zařízeních, včetně systémů satelitní televize ; solární články s heterostrukturami, široce používané pro vesmírné a pozemské programy.