СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2014

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 13 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2014 при N → 10 18 cм –3 ), а это не что иное, как инвариантность энергетических уров- ней в запрещённой зоне GaAs. Ситуация с амфотерностью будет ещё интереснее, если растворить в LPE i-GaAs одновременно атомы Si и Ge, что приведёт к новым физическим свой- ствам, точнее, фотонным свойствам LPE кристаллической решётки GaAs. С учётом «божественного» законода- тельства строгой кристаллографиче- ской периодичности кристаллизации твёрдых тел и стехиометрического рас- положения примесных атомов можно ожидать периодической очерёдности расположения атомов Si и Ge в LPE i-GaAs, за которой последует новая фотонная анизотропия и энергети- ческая периодичность распростране- ния электромагнитных волн, кратных дислокации атомов Si и Ge в GaAs, что, в конечном счёте, выражается в фотон- ной модуляции кристалла нескольки- ми волновыми h ν (шаг Si, шаг Ge, энер- гии ионизации Е i Ge , E i Si , энергии опти- ческой зоны GaAs). Исходя из вышесказанного, следует, что свойства LPE i-GaAs, легированного амфотерной примесью, будут исключи- тельно сильно зависеть от концентра- ции амфотерной примеси, меняющей- ся энергии её ионизации, присутствия слабо изученных глубоких центров, образованных растворённым кисло- родом и другими элементами. Иони- зированный определёнными порого- выми значениями h ν бинарный квази- конденсат в бриллюэновских долинах по разные стороны оптической запре- щённой зоны может создать вопросы к некоторым фундаментальным осно- вам зонной теории физики полупрово- дников, в частности, к инжекционной модели построения приборов, базово- му уравнению Шрёдингера и уравне- нию непрерывности. Эти вопросы кра- тко отражены далее. Неравновесное состояние инжекционной теории Шокли, уравнений непрерывности и Шрёдингера в LPE i-GaAs и гетеросистем на его основе Суперинжекция Жорес Алфёров и его коллеги из ФТИ им А.Ф. Иоффе в работе [5] пока- зали обнаруженный ими эффект супер- инжекции в гетеропереходах AlGaAs/ GaAs n + - p -типа. Они продемонстриро- вали возможность инжекции в узкозон- ный материал с концентрацией элек- тронов, превышающей их плотность в широкозонном материале (в сто раз и более), что отличается от традици- онной моно-ориентированнойШокли- инжекции в p-n -переходах. Проблем- ная ситуация создаётся и для основы основ физики полупроводников – урав- нения непрерывности. Как известно, в общем случае движе- ние носителей заряда в полупроводни- ке определяется не только процесса- ми дрейфа или диффузии носителей заряда, но и временного изменения объёмной плотности (концентра- ции) неравновесных носителей заря- да, обусловленной процессами генера- ции и рекомбинации носителей, т.е. во всём объёме полупроводника должен работать закон сохранения количе- ства заряда: , (3) где ρ – плотность заряда неосновных носителей, влияющая на дивергенцию (изменение) тока. Но «слева» и «справа» в n + - p AlGaAs/ GaAs переходе при суперинжекции это правило нарушается и, как след- ствие, нарушается и уравнение непре- рывности: , (4) где n p – неравновесная концентрация электронов, q – элементарный заряд, G n – генерационная составляющая, которая в данном случае пока остаёт- ся теоретическим «фантомом», посколь- ку плотность традиционных генераци- онных центров в данном случае ниже на несколько порядков, но в эффекте суперинжекции концентрация электро- нов n p >> n n ( n p /n n > 100!), где n n – плот- ность инжектированных электронов. Двухсторонняя инжекция в COOL-диодах В патентуемых авторами статьи двухинжекционных p-i-n гетеропе- реходах на основе i-GaAs показано [6] наличие L-образной прямой вольт- амперной характеристики (ВАХ), кото- рая не вписывается в базовую форму- лу Шокли-инжекции носителей заря- да через p-n -переход . В указанных p-i-n COOL-диодных структурах экспериментально пока- зано наличие на прямой ВАХ участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. COOL p-i-n GaAs дио- ды имеют i-область (физический p-n - переход) шириной в десятки микро- метров и ассоциативную соизмери- мость диффузионных длин электронов ( L ni ) и дырок ( L pi ). При этом в LPE p-i-n COOL-структурах неприемлема обще- принятая в физике полупроводников классификация/деление носителей заряда на основные и неосновные, поскольку в COOL-диодах инжектиру- ют одновременно и анодная, и катод- ная области, и делить эти области на условный анод или катод можно толь- ко по устоявшейся полярности прило- женного напряжения. В i -слое форми- руется электронно-дырочная плазма не по типу Шокли (когда основные носи- тели для поддержания квазиэлектриче- ской нейтральности ЭДП экстрагиру- ются из объёма контакт/полупровод- ник), а ЭДП-плазма, которая создаётся другим путём – двусторонней инжек- цией (слева/справа) носителей заря- да. В этом суть нового качества: объ- ёмный лазер, излучательное тепловое сопротивление и пр. Резюмируя вышесказанное, в COOL p-n -переходах теория инжекции по Шокли не работает. В COOL-диодах плотность тока в 5–10 раз выше, чем в кремниевых или карбид-кремние- вых диодах. Уравнение Шрёдингера При преодолении пороговой энер- гии ионизации ( h ν ) амфотерной при- меси в GaAs появится бинарный заря- довый конденсат (см. рис. 3), который определит свойства LPE i-GaAs, легиро- ванного амфотерной примесью, начи- ная с начала начал : σ = q × (n × μ n + p × μ p ) взамен ( σ = q × n × μ ), где n = p , μ n > μ p и вытекающие послед- ствия из этого, как например, модифи- кация соотношения Эйнштейна и его возможная новая интерпретация Соответственно, вероятно, изме- нится и наполняемость формулы ( n, p – концентрации электро- нов и дырок, «выделенных с ионизиро- ванных амфотерных атомов; μ n , μ p – под- вижность электронов и дырок в i -слое; D n , D p – коэффициент диффузии бипо- лярных носителей заряда; τ – консоли- дированное время жизни электронно- дырочных пар). Уравнение Шрёдингера описывает движение одного электрона при фик-