Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
больших обратных смещениях
(hv>Eg и U=UB, где VB -
напряжение пробоя).
ниевую подложку. Экспериментальные результаты, полученные на диоде,
подобном изображенному на рнс. 30, показывают, что кван-
О
товая эффективность диода на длине волны 1=6 328 А равна 70% р время
нарастания импульса достигает 0,1 нсек (1 нсек= 10~9 сек) СЛ. 46].
Д. Фотодиоды с гетеропереходами и точечно-контактные фотодиоды. Фотодиоды
с обедненным слоем могут быть осуществлены на гетеропереходах, в которых
переход образован между двумя полупроводниками с различной шириной
запрещенной зоны (см. гл. 3). В дио-
Дизлектрик Воздух / 0=2,30 500А ГГ
Ж
Про W1 на те- 4 <jh-о
-- Ы lorr ери
От/. 103 чсение
10 0 W 00 ш W00
Толщина слон золота, А
б)
Рис. 32. Коэффициент отражения, пропускания и потери в поверхностном
барьере Au-Si с просветляющим покры-
О
тием из ZnS толщиной 600 А ЦЛ. 46].
дах с гетеропереходами граничная частота слабо зависит от расстояния от
поверхности до перехода, но более сильно зависит от того, какая часть
излучения .поглощается в той и другой области, образующей переход. На
рис. 33,а показан схематически фотодиод, содержащий переход между и-GaAs
и р-Ge, предназначенный для высокочастотного детектирования излучения с
1=
О
=8 450 А, испускаемого источником инфракрасного излучения, изготовленным
из GaAs '[Л. 51]. На этой длине волны коэффициент поглощения излучения
равен 10 см~1 в GaAs и 3,2 • 104 сж-1 в Ge. Таким образом, основная доля
излучения поглощается в германии в слое толщиной 1 мкм. В связи с тем,
что носители создаются около перехода, а не близ поверхности, диоды
должны иметь высокое быстродействие и быть нечувствительными к состоянию
поверхности.
Энергетическая диаграмма гетероперехода показана на рис. 33,6. Барьер в
плоскости А определяется разрывом непрерывности зоны проводимости на
границе раздела между GaAs и Ge. Преодолеть этот барьер носители могут
либо за счет туннельного механизма, либо имея достаточно .большую
энергию. Дальнейшим развитием гетеродиода является транзистор с
излучающим GaAs р-п переходом ш качестве эмиттера и гетеропереходом между
GaAs n-типа и Ge p-типа в качестве коллектора. Такая структура изображена
на рис. 33,в и называется транзистором е оптической связью [Л. 51].
Основное преимущество такого прибора заключается в том, что передача
сигнала от эмиттера к коллектору происходит со скоростью
распространения света в материале, и практически все излучение, падающее
на коллекторный переход, создает носители в слое у пе рехода, толщина
которого равна 1 мкм.
Как показано на рис. 34, фотодиоды могут быть изготовлены на основе
точечного контакта |[Л. 52, 53]. Активный объем в этом случае очень мал,
а следовательно, очень малы' время дрейфа и
n-?a.As
Коллектор
Рис. 34. Точечно-контактный фотодиод [Л. 52].
1 - Я-германиевая эпитаксиальная пленка толщиной Ю мкм; 2 - углубление,
полученное струйным травлением; 3 - точечный контакт (золото,
легированное мышьяком); 4 - пайка; 5 р+-германиевая подложка толщиной 125
мкм.
Рис. 33. Схематическое изображение фотодиода с гетеропереходом при
приложении обратного смещения (а), диаграмма энергетических зон диода
(б), схематическое изображение оптического транзистора (е) [Л. 51].
емкость прибора. В связи с этим такие диоды пригодны для детектирования
высокочастотных сигналов. Применение этих диодов ограничивается, однако,
теми случаями, когда излучение может быть сфокусировано в пятно размером
в несколько микрон.
3. Лавинный фотодиод. Лавинный фотодиод ![Л. 48], работаю-
щий при больших обратных смещениях в условиях лавинного
умножения, является наиболее перспективным твердотельным
фотодетектором с внутрен-
ним усилением тока. Произведение усиления на ширину полосы в этих
условиях может достигать 100 Ггц, так что на высоких частотах может быть
получен достаточно высокий коэффициент усиления [Л. 31].
Основным требованием для получения высокого усиления по току является
исключение микроплазм илн участков малой площади, пробивное напряжение
которых ниже, чем пробивное напряжение всего перехода. Для получения
однородного по площади умножения необходимо, кроме того, исключить пробой
у краев перехода, который является результатом влияния кривизны перехода
[Л. 55]. На
рис. 35 показаны две типичные экспериментальные структуры: планарная
структура с диффузионным охранным кольцом JJI. 54] и меза-структура с
диффузионным охранным кольцом {Л. 39]. Градиент примеси в охранном кольце
ниже, а радиус кривизны больше, так что центральная активная область
пробивается раньше, чем область охранного кольца (периферийная область).
Количество микроплазм в самой активной области может быть сведено к
минимуму применением исходного материала с однородным распределением
легирующей примеси и низкой плотностью дислокаций, а также ограничением
площади перехода размерами, необходимыми для сбора всего падающего
светового пучка (обычно диаметром от 10 до 500 мкм).
