Полупроводники - Смит Р.
Скачать (прямая ссылка):
p-типа. Такие переходы в какой-то мере сходны с "+-"- и р+-р-переходами.
Рассмотрим сначала р-"-гетеропереход. Предположим, что материал p-типа
имеет более широкую запрещенную зону, чем материал n-типа, т. е. А?р >
А?п. Поэтому вид энергетических зон должен быть изменен по сравнению с
тем, что показан на рис. 7.8. Вид энергетических зон гетероперехода в
случае равновесия, когда энергия уровня Ферми одинакова по обе стороны
перехода, показан на рис. 7.19, а. На рис. 7.19, б показано также влияние
напряжения Р0, приложенного в "прямом" направлении, т. е. так, чтобы
дырки двигались слева направо. Можно видеть, что потенциальный барьер,
который дырки должны преодолеть при продвижении из левой от р-"-перехода
части кристалла в правую, уменьшается, и если Ро достаточно велико,
барьер может быть понижен до нуля, как и для обычного р-"-перехода, так
что дырочный ток в прямом направлении сильно возрастает. С другой
стороны, потенциальный барьер, который должны преодолеть электроны прн
движении из правой от перехода части кристалла в левую, останется еще
существенным, если Д?р заметно выше, чем Д?и. Следовательно, элект-
264
7. Диффузия электронов и дырок
Л
Рис. 7.19. Энергетические зоны идеального р-л-гетероперехода,
находящегося в термодинамическом равновесии (а) и при наложении внешнего
напряжения (б).
ронный ток будет довольно мал, даже если дырочный ток велик. Такой
переход редет себя подобно р+-л-переходу с ух 1.
Одним из важных применений р-л-гетеропереходов является их использование
в качестве эффективных инжекторов дырок в материал л-типа, что устраняет
необходимость в сильно легированной области p-типа. При использовании
переходов в приборах, где желательно вывести рекомбинационное излучение,
возникающее в результате инжекции дырок, гетеропереходы имеют ряд
преимуществ. Так, область p-типа, имеющая более широкую запрещенную зону,
прозрачна для рекомбинационного излучения из области л-типа. Отсутствует
здесь и поглощение свободными носителями, которое имело бы место в сильно
легированной р+-области. р- и л-обла-сти перехода могут, конечно,
поменяться ролями, образовав переход, инжектирующий электроны, с у"0. Как
и следовало ожидать, вольтамперная характеристика р-л-гетероперехода в
прямом направлении очень похожа на вольтамперную характеристику обычного
р-л-перехода. Она описывается как функция V" уравнением вида (7.159), но
с модифицированным некоторым образом значением /,. Однако ток в обратном
направлении, хотя он и много меньше "прямого" тока, не насыщается, как в
обычном р-л-переходе, но продолжает расти при увеличении -W Причина этого
отличия заключается главным образом в свойствах переходного слоя, соеди-
7. Диффузия электронов и дырок
265
Рис. 7.20. Вид энергетических зон р-л-гетероперехода, показывающий
влияние ловушек в переходной области.
Рис. 7.21. Вид энергетических зон п - л-гетероперехода при наличии
ловушек в переходной области.
няющего два полупроводника в гетеропереход. Из-за различия в величине
постоянной решетки в переходном слое будет существовать некоторое
механическое напряжение, которое вызывает появление в этом слое ловушек
как для дырок, так и для электронов, подобно тому, как это имеет место на
поверхности полупроводника (см. разд. 7.11). Эти ловушки удерживают
уровень Ферми в переходном слое вблизи середины между валентной зоной и
зоной проводимости обоих полупроводников и вызывают подъем зон со стороны
n-типа и их опускание со стороны р-типа, так же как в случае контакта
металл - полупроводник (см. разд. 7.12). В результате вид энергетических
зон изменится по сравнению с тем, что показано на рис. 7.19, а, и станет
таким, как на рис. 7.20.
Влияние состояний в переходном слое обсуждалось Олдхэмом и Милнсом [51].
Свойства переходов из GeGaAs, обусловленные наличием этих состояний,
описаны Перлманом н Фонхтом [52]. На рис. 7.20 можно видеть, что при
движении как в "прямом", так и в "обратном" направлении носители заряда
должны преодолеть потенциальный барьер. Считается, что ток через барьер
обусловлен главным образом туннелированием дырок. Эго подтверждается тем,
что температурная зависимость величины найденной из "прямой" ветви
вольтамперной характеристики, оказывается слабой (см. разд. 14.4.3).
266
7. Диффузия электронов и дырок
Вид энергетических зон для п-я-гетероперехода показан на рис. 7.21. Здесь
мы учли влияние состояний в переходном слое. Можно видеть, что для
электронов существует барьер типа Шоттки, подобный барьеру контакта
металл - полупроводник, но обычно бэлее сложный по форме. Действительно,
край валентной зоны может иметь подъем с последующим спадом.
Характеристики таких переходов обсуждались Хинкли, Редикером и Ядусом
[53], которые показали, что прямая ветвь вольтамперной характеристики
дается уравнением вида
iW^exp (-$) [ехр (Щ- l] , (7.199)
где А '- константа, зависящая от материала перехода, <р - потенциал,
также зависящий от материала, и р - константа порядка единицы. Это
