Heterojuncties

Heterojuncties zijn grensvlakken tussen twee verschillende halfgeleiders waarbij de bandgaps en elektronaffiniteiten uiteenlopen. Door deze verschillen verschuiven de energieniveaus bij het grensvlak en ontstaan bandoffsets in de conduction- en valentieband. Dit maakt het mogelijk elektronen en gaten anders te verdelen en te confinen, wat de elektrische en optische eigenschappen van de structuur sterk kan beïnvloeden.

Opbouw en bandafstemming worden gekarakteriseerd door de bandalignment: Type I (straddling gap), Type II (staggered gap) en Type III (broken gap). Bij Type I bevinden de minste-energieniveaus van beide carriers in hetzelfde materiaal, wat confining van beide typen carriers in één laag bevordert. Type II verdeelt electronen en gaten over verschillende lagen, wat separatie en lagere recombinaties oplevert. Type III kenmerkt een zogenoemde broken gap. Heterojuncties worden vaak gebruikt in quantum-well-structuren en leveren zwevende twee-dimensionale electronengassen of gerichte optische processen.

Materialen en fabricage: veelvoorkomende systemen zijn GaAs/AlGaAs, InP/InGaAs en Si/SiGe. Heterostructuurcomponenten worden doorgaans epitaxiaal gegroeid met technieken als moleculaire-beam-epitaxy (MBE) of metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). Zowel abrupt als graded ( geleidelijk vervangende ) interfaces komen voor, net als strain-gebaseerde heterostructures bij lattice-matched of mis-match omstandigheden.

Toepassingen: heterojuncties maken onder meer hoge-elektronenmobiliteitstransistors (HEMTs), heterojunction bipolar transistors (HBTs), laserdiodes, led’s en multijunction zonnecellen mogelijk. Ze spelen ook een cruciale rol in detectie- en fotonische apparaten. Ondanks hun voordelen blijven fabricatie-uitdagingen zoals defecten door lattice-mismatch en integratie met silicium belangrijke overwegingen.