Heteroübergang

Als Heteroübergang (auch Heterostruktur, engl. Heterojunction) wird die Grenzschicht zweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien bezeichnet. Anders als bei einem p-n-Übergang ist hier nicht (nur) die Dotierungsart, sondern die Materialart verschieden. Die Halbleiter besitzen deshalb i. A. eine unterschiedliche Energie der Bandlücke.

Heteroübergänge finden sich bei III-V-Halbleitern oder bei II-VI-Halbleitern.

Berechnung

Bei einem p-n-Heteroübergang stellt sich eine Unregelmäßigkeit in den Energiebändern der Materialien ein. Die Ausdehnung $ X $ dieser Unregelmäßigkeit, eine Verbiegung der Bandkanten, lässt sich über die Poissongleichung berechnen. Nimmt man den Übergang vom negativ dotierten Material 1 zum positiv dotierten Material 2 mit den relativen Dielektrizitätskonstanten $ \varepsilon $ und Dotierungskonzentrationen $ N_{\mathrm {D} } $ bzw. $ N_{\mathrm {A} } $ an, stellt sich mit der Diffusionsspannung Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \psi_\mathrm{D} bei angelegtem äußeren elektrischen Feld der Spannung Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): U eine Bandverbiegung der folgenden Größe ein:

$ X_{1}={\sqrt {{\frac {2}{q}}{\frac {\varepsilon _{1}\varepsilon _{2}\cdot N_{\mathrm {A} }(\psi _{\mathrm {D} }-U)}{N_{\mathrm {D} }(\varepsilon _{2}N_{\mathrm {D} }+\varepsilon _{1}N_{A})}}}} $, Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): X_2 = \sqrt{\frac{2}{q}\frac{\varepsilon_1\varepsilon_2\cdot N_\mathrm{D}(\psi_\mathrm{D} - U)}{N_\mathrm{A}(\varepsilon_2 N_\mathrm{D}+\varepsilon_1 N_\mathrm{A})}}

Anwendung

Anwendung finden Heteroübergänge u.a. in Laserdioden: Wird bei optischer Rekombination Strahlung in Bereich mit der kleineren Bandlücke ausgesandt, kann diese nicht von Elektronen im Bereich der größeren Bandlücke absorbiert werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung das Halbleitermaterial verlässt ist also größer.

Siehe auch

• High Electron Mobility Transistor (HEMT)
• Heterojunction Bipolar Transistor (HBT)
• Galliumarsenid
• Galliumnitrid