E6 Halbleiterverbindungen und Legierungen (III-V)

Thema

Die Zusammensetzung dieser III-V-Halbleiterlegierung, also das Verhältnis der verschiedenen Elemente der Gruppen III und V, bestimmt gemäß dem Vegardschen Gesetz den Gitterparameter dieser Legierung. Das Vegardsche Gesetz interpoliert linear zwischen den Gitterparametern der einzelnen binären Verbindungen, aus denen die Legierung besteht, und liefert so den Gitterparameter entsprechend dem genauen Anteil jeder dieser Verbindungen in der Legierungszusammensetzung. Je näher die Legierungszusammensetzung einer dieser Verbindungen kommt, desto näher liegt der Gitterparameter gemäß dem Vegardschen Gesetz auch am Gitterparameter dieser Verbindung.

Diese Legierungszusammensetzung bestimmt auch die Bandlücke dieser Halbleiterlegierung, jedoch gemäß einer deutlich nichtlinearen Krümmungsbeziehung anstelle der bereits durch diesen Gitterparameter beschriebenen linearen Interpolation. Dies führt zu einem weiteren Modell für diese Gruppe: Die Bandlücke dieser Halbleiterlegierung weicht im größten Teil des Zusammensetzungsbereichs von der einfachen linearen Interpolation ab, die sich zwischen den Bandlücken der einzelnen extremen binären Verbindungen ergeben würde. Ein für jedes Paar extremer binärer Verbindungen spezifischer Krümmungsparameter quantifiziert bei jeder intermediären Legierungszusammensetzung, wie stark diese Bandlücke von der linearen Interpolation abweicht. Ein größerer Krümmungsparameter für dieses Paar extremer binärer Verbindungen bedeutet, dass die Bandlücke bei den intermediären Legierungszusammensetzungen noch stärker von der linearen Interpolation zwischen diesen beiden extremen binären Verbindungen abweicht.

Daher ermöglicht dieses Modell mit seinem definierten Gitterparameter und seiner Bandlücke, dass dieselbe Legierungszusammensetzung einen Übergang zwischen einem direkten und einem indirekten Bandlückenbereich erzeugt. Mit der Variation der Legierungszusammensetzung verschiebt sich das Minimum des Leitungsbandes dieser Halbleiterlegierung im Impulsraum vom selben Punkt wie das Maximum des Valenzbandes zu einem anderen Punkt im selben Impulsraum. Diese Verschiebung des Leitungsbandminimums bewirkt den Übergang zwischen den beiden Bandlückenbereichen. Da diese Legierungszusammensetzung mit ihrem charakteristischen, einstellbaren Gitterparameter und der Bandlücke beide Parameter für jede einzelne Schicht definiert, bildet sie letztlich die Grundlage für die Auslegung der Heterostrukturen, die in zwei weiteren Modellen dieses Aufbaus – Halbleiterschicht auf Halbleiterschicht, jeweils mit ihrer bewusst gewählten Legierungszusammensetzung – detaillierter beschrieben werden.

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