Квантові ями . Квантовий дріт, нитки. Квантові точки. Надгратки

    Оскільки  потенціал надгратки залежить тільки від координати z, що збігається з  віссю надгратки, то енергетичний спектр електронів у надгратці різко  анізотропний. На рух електронів в  площині, перпендикулярної осі надгратки  її потенціал не буде здійснювати помітного впливу. У той же час, рух електронів уздовж осі z буде відповідати руху в полі з періодом d.

    У загальному вигляді дисперсійне  співвідношення для електрона в  надгратці  (6), тут j - номер енергетичної мінізони.

    Оскільки  потенціал надгратки періодичний, то енергетичний спектр електрона в напрямку осі надгратки має зонний характер. Так як період надгратки d значно більше постійної кристалічної решітки а, то отримані при цьому надграткові зони (мінізони) являють собою більш дрібне дроблення енергетичних зон вихідних напівпровідників.

    Густина електронних станів в напівпровідниковій надгратці істотно відрізняється  від відповідної величини в тривимірній  електронній системі. На рис. 7. показана залежність щільності електронних  станів  в надгратці від енергії Е [1]. Інтервал енергії містить три перші мінізони. Ширина кожної з цих мінізон позначена відповідно  E1, E2 і E3. Для порівняння на цьому ж малюнку наведено залежності  (7) для тривимірного електронного газу (крива 2) і (і-ціле) для двовимірного газу електронів (штрихова ступінчаста лінія 3).

Рис. 7 . Густина електронних станів в  надгратці 

    Розщеплення енергетичної зони напівпровідника в напрямку осі надгратки на ряд мінізон, що не перекриваються,  є загальним результатом для надграток різного типу. Дисперсійний закон для носіїв заряду в мінізонах, розташування і ширина мінізони визначається конкретним типом надгратки.  

4.5 Застосування надграток в електроніці

    Велику  групу застосування становлять оптоелектронні прилади - фотоприймачі, світловипромінюючі прилади (інжекційні лазери і світлодіоди), пасивні оптичні елементи, хвилеводи, модулятори, спрямовані відгалужувачі  та ін .

    Інжекційні  лазери на гетеропереходах мають  переваги перед звичайними напівпровідниковими  лазерами, оскільки інжектовані носії  у лазерах на гетеропереходів  зосереджуються у вузькій області. Тому стан інверсної населеності  носіїв заряду досягається при значно менших густині струму, ніж у лазері на pn-переході. Застосування замість одиночних гетеропереходів багатошарових надгратокових структур дозволяє виготовити лазери, що працюють на декількох довжинах хвиль.

    В якості прикладу на рис. 10 показано схематичне зображення структури многоволновой лазера [6]. У структурі є чотири активних шари AlxGa1-xAs різного складу (x = x1, x2, x3, x4), завдяки яким лазер одночасно працює на чотирьох довжинах хвиль  1, 2, 3 та 4. Активні шари відокремлені один від одного проміжними шарами AlyGa1-yAs (y > x1, x2, x3, x4). Для створення pn-переходів у структурі проводилася локальна дифузія Zn.  

Рис. 10. Схематичне зображення багатохвильового лазера

    Велику  групу приладів на напівпровідникових надгратках становлять пристрої з негативним диференціальним електроопором. На основі напівпровідникових надграток виготовляють також різні транзистори. Досить велика частота квантових осциляцій електронів у надгратках значно розширює можливості виготовлених на їх основі приладів НВЧ.

    Висновок

    На  основі запропонованих в 1970 році Ж. І. Алфьоровим і його співробітниками ідеальних  переходів в багатокомпонентних сполуках InGaAsP створені напівпровідникові  лазери, що працюють в істотно більш  широкої спектральної області, ніж лазери в системі AIGaAs. Вони знайшли широке застосування в якості джерел випромінювання у волоконно-оптичних лініях зв'язку підвищеної дальності.

    Минуло  понад 30 років з тих пір, як почалося вивчення квантових ефектів у  напівпровідникових структурах. Були зроблені відкриття в галузі фізики низькорозмірних електронного газу, досягнуті вражаючі успіхи в технології, побудовані нові електронні та оптоелектронні прилади. І сьогодні у фізичних лабораторіях активно тривають роботи, спрямовані на створення та дослідження нових квантових структур і приладів, які стануть елементами великих інтегральних схем, здатних з високою швидкістю переробляти і зберігати величезні обсяги інформації. Можливо, що вже через кілька років настане ера квантової напівпровідникової електроніки.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Література

1. Есакі Л. Молекулярно-променева епітаксії і розвиток технології напівпровідникових надграток і структур з квантовими ямами .- В кн: Молекулярно-променева епітаксії та гетероструктури.: Пер. з англ. / Под ред. Л. Ченга, До Плог .- М.: Світ, 1989 .- с. 7 - 36.
2. Херман М. Напівпровідникові надгратки.- М.: Світ, 1989 .- 240 с.
3. Сілін А.П. Напівпровідникові надгратки / / Успіхи фізичних наук. - 1985. - Т.147, вип. 3 .- C. 485 - 521.
4. Бастар Г.. Розрахунок зонної структури надграток методом обвідної функції .- В кн: Молекулярно-променева епітаксії та гетероструктури / Под ред. Л. Ченга, К. Плог .- М.: Світ, 1989 .- С. 312 -347.
5. Цанг В.Т. Напівпровідникові лазери і фотоприймачі, отримані методом молекулярно-променевої епітаксії .- В кн: Молекулярно-променева епітаксії та гетероструктури / Под ред. Л. Ченга, К. Плог .- М.: Світ, 1989 .- С. 463 -504.