Heterostruktur

Heterostruktur,

 

Physik: Materialkombination aus verschiedenen chemisch verwandten Materialien mit gleicher oder ähnlicher Gitterstruktur.

 

Heterostrukturen wurden zuerst aus Halbleitern der 3. und 5. Gruppe des Periodensystems in Form dünner Schichten oder Schichtfolgen mit unterschiedlicher Breite der verbotenen Zone durch Epitaxie hergestellt (Halbleiterheterostrukturen). Beispielsweise wirkt eine einzelne GaAs-Schicht zwischen zwei AlGaAs-Schichten (Legierung aus GaAs [Galliumarsenid] und AlAs [Aluminiumarsenid]) wie ein Potenzialtopf für Elektronen und Löcher. Durch die Energiestufen in den Bändern wird der elektrische Transport in Wachstumsrichtung (senkrecht zu den Schichtgrenzen) unterbunden, bleibt aber parallel zu den Schichtgrenzen ungeändert (elektrisches Confinement). Derartige Halbleiterheterostrukturen wurden erstmals 1957 von H. Kroemer für Heterostrukturtransistoren eingesetzt. Ihre wichtigsten Anwendungen finden sie jedoch in der Optoelektronik in Lumineszenz- und Laserdioden, die H. Kroemer und S. Alferow 1963 unabhängig voneinander entwickelten (beide erhielten 2000 den Nobelpreis für Physik). - Spezielle Halbleiterheterostrukturen sind die Quantengräben. Sie sind interessant für den Bau von Halbleiterlasern und Lumineszenzdioden, da die Emissionswellenlänge einfach durch Wahl der Schichtdicke sowie des Al-Gehalts der Barrieren in weiten Grenzen verschoben werden kann. Außerdem wird durch die Lokalisierung des Ladungsträgers in der GaAs-Schicht die Lichtausbeute stark erhöht. Mit zunehmender Beherrschung von Methoden der Nanotechnologie können auch dünne Streifen (Quantendrähte) oder Inseln (Quantenpunkte) hergestellt werden, die mit weiterer Miniaturisierung an Bedeutung gewinnen.

 

In metallischen Heterostrukturen aus dünnen Schichten spielen v. a. magnetische Eigenschaften eine große Rolle. Beispielsweise tritt in Eisen-Chrom- und Kobalt-Kupfer-Multilagenschichten eine außergewöhnlich große Änderung des elektrischen Widerstands im magnetischen Feld auf (Riesenmagnetowiderstandseffekt).

 

Literatur:

 

Proceedings of the International Joint Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures (IJC-Si), hg. v. Y. Shiraki u. a. (Amsterdam 2000);

 M. S. Kushwaha: Plasmons and magnetoplasmons in semiconductor heterostructures (Amsterdam 2001).