二次元電子ガスについて

質問

なぜ二次元電子ガスができるのかがわかりません。
バンドギャップの違う半導体を結合させると、なぜこの図（http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:HighElectronMobilityTrasistor_Band_Image.PNG）のようなバンド図ができるのでしょうか？

また、なぜ、フェルミ準位が伝導帯より上に存在すると電子が存在するのですか？

よろしくお願いします。

回答No.1

tkajte

＞なぜ二次元電子ガスができるのかがわかりません。
＞バンドギャップの違う半導体を結合させると、なぜこの図（​http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:H...​）のようなバンド図ができるのでしょうか？

理解するには、３つのことを知っておく必要があります。
(1)バンドギャップの異なる材質をくっつける。
(2)くっつけた前後で電子親和力は変わらない（各材質の電子親和力は保存される）
(3)くっつけた後のフェルミ順位は互いに同じになる。

(2)がポイントです。リンク先の図でいうと、
左側のn-AlGaAsの電子親和力をχ1、真ん中のi-GaAsの電子親和力をχ2とすると、
n-AlGaAsとi-GaAsの接合面でχ1とχ2の両方の値を満たすには
リンク先のような図にならざるを得ないのです。

念のため、"電子親和力"という言葉の定義と、"真空順位"という言葉の定義を再確認してみてください。
理解の助けになるはずです。

＞また、なぜ、フェルミ準位が伝導帯より上に存在すると電子が存在するのですか？

伝導体にまったく電子が無いわけではありません。
伝導体でにおいて、最も電子から見たエネルギー順位が低い部分は
リンク先の図の黄色の部分なので、必然的に
この部分に伝導体の電子が多く存在することになります。
ただ、リンク先の図だと、黄色の部分だけにしか電子が存在しないようなイメージを与えてしまいますが、
実際は、下が濃く、上に行くにつれて電子濃度が薄くなるというイメージが正しいです（1/2のラインを少しくらい超えたところにも電子はありますから）。

参考URL：

http://jp.fujitsu.com/group/labs/techinfo/techguide/list/hemt.html

お礼

フェルミ準位が同じ、エネルギーの関係の面から考慮すると理解の助けになりますね。
参考になりました。ありがとうございました。