最後更新:2026年10月8日基礎概念化合物基板(SiC・GaN・藍寶石)中國大陸:异质结

異質接面(Heterojunction)是什麼

Heterojunction

異質接面是指如GaAs與AlGaAs、GaN與AlGaN這樣,將能隙不同的2種半導體以結晶形式接合而成的接面。由於可利用接合面形成的能帶階差侷限電子或光,因此用於HEMT・HBT・半導體雷射・LED・高效率太陽電池(HJT)。相同材料之間的pn接面則稱為同質接面。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

異質接面是指將能隙等性質不同的2種半導體接合而成的接面。相對於以同一種半導體連接p型與n型的一般pn接面稱為同質接面,異質接面是指如GaAs與AlGaAs、GaN與AlGaN、Si與SiGe這樣,使不同材料以結晶形式連續的接面。「Hetero」源自希臘語中意為「不同」的字。

材料能隙的差異,會在接合面以導電帶與價電帶的階差(能帶偏移,band offset)呈現。利用這個階差,可以將電子或電洞侷限在特定層中,或使電流在某一方向容易流動、反方向則不易流動,實現同質接面無法達成的設計。要製作品質良好的異質接面,必須選擇晶格常數相近的材料組合,或將膜厚控制在應變不會鬆弛的臨界膜厚以下。實際上是以MOCVD或MBE進行磊晶成長,形成原子層級陡峭的界面。

代表性應用如下。HEMT(高電子遷移率電晶體)利用AlGaAs/GaAs或AlGaN/GaN界面形成的二維電子氣,可在高頻・高功率下運作。HBT(異質接面雙極性電晶體)在射極使用能隙較寬的材料以提高電流增益,用於智慧型手機的功率放大器。在半導體雷射與LED中,以雙異質結構將載子與光侷限在主動層以提高發光效率,這項研究成為2000年諾貝爾物理學獎(阿爾費羅夫與克勒默)的得獎對象。此外,結合非晶矽與結晶矽的異質接面太陽電池(HJT),也作為高效率太陽電池量產中。

異質接面(Heterojunction)的常見問題

異質接面與同質接面有何不同?
同質接面是以同一種半導體(例:矽)的p型與n型接合而成,異質接面則是如GaAs與AlGaAs這樣接合不同的半導體。異質接面在接合面會形成能帶階差,可具備侷限載子或光等同質接面無法實現的功能。
製作異質接面的難處是什麼?
由於各材料的原子間距(晶格常數)與熱膨脹係數不同,依組合不同,界面可能產生應變或差排而使特性惡化。必須選擇晶格常數相近的材料,或將膜厚保持在臨界膜厚以下,並以MOCVD或MBE形成原子層級陡峭的界面。

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