Рассмотрим одиночный гетеропереход между двумя полупроводниками A и B, имеющими в общем случае различную ширину запрещенной зоны и . Принято различать гетеропереходы 1-го и 2-го типов, в зависимости от расположения на зонной диаграмме дна зоны проводимости и потолка валентной зоны материала А по отношению к аналогичным величинам материала В. Взаимное расположение этих уровней энергии определяется как положением их относительно уровня энергии вакуума, общего для обоих материалов, так и соотношением между и . На рис. 1.1 представлены зонные диаграммы гетеро- переходов 1-го типа для случая, когда разрыв зоны проводимости DЕС больше разрыва валентной зоны DЕu (а) и наоборот DЕС < DЕu (б).
Рис. 1.1. Гетеропереходы первого типа: а — DЕС >DЕu, б — DЕС >DЕu,
DЕС < DЕu, и - энергетические уровни, соответствующие дну зоны проводимости и потолку валентной зоны материалов А и В, DЕс,u - разрывы зон на интерфейсе.
В обоих случаях запрещенная зона материала В располагается внутри запрещенной зоны материала А, а движение электронов и дырок из материала В в материал А ограничено потенциальными барьерами, высота которых соответственно равна DЕС и DЕu. В таких гетероструктурах электроны и дырки локализуются в одной области пространства — в слое В.
Зонная диаграмма гетеропереходов 2-го типа представлена на рис. 1.2. Для гетеропереходов этого типа характерно, что запрещенные зоны материалов А и В либо частично перекрываются, либо вообще не перекрываются.
Рис. 1.2. Гетеропереходы второго типа: а, б — с перекрывающимися, в, г — с неперекрывающимися запрещенными зонами (а, в - DЕС >DЕu, б, г –DЕС < DЕu).
В первом случае (рис. 1.2,а и 1.2,б) электроны или дырки локализуются в различных областях пространства (соответственно в слое В и А (рис. 1.2,а) или в А и В (рис. 1.2,б)). В случае гетеропереходов с неперекрывающимися запрещенными зонами электроны валентной зоны одного материала будут беспрепятственно переходить в зону проводимости другого материала (из А-слоя в В-слой на рис. 1.2,в, из В-слоя в А-слой на рис. 1.2,г). Возникающее в результате этого электростатическое поле исказит зонную диаграмму, а сам гетеропереход будет эквивалентен гетеропереходу полуметалл-полупроводник.
Известно, что энергия носителей заряда в объемном полупроводнике характеризуется тремя непрерывными квантовыми числами (компонентами волнового вектора k) k1, k2, k3 и в простейшем случае имеет вид
.
Ограничение движения носителей заряда в направлении хi , (i = 1,2,3) приводит к трансформации непрерывного квантового числа ki в дискретное квантовое число ni (ni = 1, 2, 3...) 1), нумерующее энергию размерного квантования. В остальных направлениях движение остается инфинитным и будет характеризоваться оставшимися компонентами волнового вектора.