Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
(а) и зависимость пропускания, отражения и потерь излучения (А. =
0,6328 мкм) в пленке Аи от ее толщины
(б) [19].
!0 20 40 60 100 200 400 6001000 Z009
9
Толщина слоя /fu, Л б
360
Глава 13
Рис. 16. Квантовая эффективность и коэффициент пропускания в Au - п - Si-
фотодиоде [21 ].
диффузией электронов в обедненной области в направлении, противоположном
их дрейфу в электрическом поле, или рекомбинацией на ловушках на границе
металл-полупроводник, пренебрежимо малы [22].
Используя слаболегированный /-слой, можно создать фотодиод со структурой
металл-i-п, аналогичный р-i-/г-диоду (рис. 13, д). Специальный диод,
изображенный на рис. 13, е, представляет собой точечно-контактный
фотодиод [23]. Активный объем в таких диодах очень мал, и соответственно
чрезвычайно малы время пролета и емкость. Поэтому они пригодны для
детектирования излучения при высоких частотах модуляции. Применение этих
диодов, однако, ограничено лишь теми ситуациями, в которых излучение
может быть сфокусировано в пятно диаметром несколько микрометров.
13.3.4= Фотодиод с гетеропереходом
Фотодиод можно создать на основе гетероперехода, в котором переход
сформирован между двумя полупроводниками с различной шириной запрещенной
зоны (гл. 2). Одно из преимуществ такого фотодиода состоит в том, что его
квантовая эффективность не зависит критическим образом от расстояния, на
котором расположен переход от поверхности, поскольку материал с более
широкой запрещенной зоной можно использовать в качестве "окна",
пропускающего оптическое излучение. Кроме того, гетеропереход дает
уникальную возможность выбора такого сочетания материалов, которое
обеспечивает оптимальные для заданной длины волны оптического сигнала
значения квантовой эффективности и быстродействия.
Фотодетекторы
361
Для того чтобы получить гетеропереход с низкими токами утечки, необходимо
обеспечить хорошее согласование постоянных решеток обоих полупроводников.
Тройные полупроводниковые соединения AlxGa!_xAs (с прямой зоной при х <
0,4), выращенные в виде эпитаксиальных слоев на подложке GaAs, формируют
гетеропереходы с совершенным согласованием решеток [24} (с постоянной
решетки, равной 5,653 А). Эти гетеропереходы играют важную роль в
оптоэлектронных приборах, работающих в спектральном диапазоне 0,65-0,85
мкм. Фотодетектор с двойным гетеропереходом (/z-Al0l24Gao,7eAs/р-GaAs/p-
Al0,24Ga0j76As), снабженный просветляющим покрытием и работающий на длине
волны X = 0,8075 мкм, имеет квантовую эффективность, равную 92 % [25].
Каскадная структура [26], состоящая из пары р -ч-п-диодов с двойным
гетеропереходом из AlGaAs, соединенных последовательно с туннельным
переходом, также характеризуется высокой эффективностью на длине волны X
= 0,815 мкм и имеет напряжение холостого хода, равное 1,78 В.
Для больших длин волн (1 -1,6 мкм) могут быть использованы тройные
соединения, такие, как Ga0,47In0)53As (Еа = 0,73 эВ) [59] и четверные
соединения, такие, как Ga^In^AsyP^ (например, Ga0)27In0)73As0)63P0)37 с
Eg = 0,95 эВ) [27], которые имеют совершенное согласование решеток с
подложкой InP (постоянная
Контакты
1 а
1 1,0
<1 0,д
I 0,6
1 0,4
0,2
0
0,9 f,0 fj 1,2 /,/ 1,4 1,5 1,6 1,7 Длина болны, мкм
Рис. 17. Зависимость чувствительности и квантовой эффективности
GalnAs - р - i - /г-фотодиода от длины волны [28].
362
Глава 13
Длит волны, мкм
Рис. !8. Зависимость чувствительности и квантовой эффективности
спектрозонального фотодиода от длины волны [56J.
решетки 5,8686 А, см. рив. 24 гл 12). На рис. 17 (вставка) изображен
фотодиод, освещаемый с обратной стороны, на основе меза-струкгуры p-
Ga0>47In0)53As/v-Ga0>47Ino,53As/Az+-InP. Фотодиод имеет чувствительность
более 0,6 А/Вт, которая практически постоянна во всем спектральном
диапазоне от 1,0 до 1,5 мкм (рис. 17)
[28]. Наибольшее значение внешней квантовой эффективности, равное 70 %,
достигается при длине волны 1,3 мкм; типичные значения квантовой
эффективности составляют 55-60 %. Этот прибор, по-видимому, должен иметь
более высокие характеристики, чем Ge-фотодиод. Поскольку он обладает
прямой запрещенной зоной и, соответственно, большим коэффициентом
поглощения вблизи края собственного поглощения, то за счет уменьшения
толщины обедненной области можно достичь более высокого быстродействия
[291.
А1погослойная структ} ра фотодиода с гетеропереходами, в которой
одновременно осуществляется детектирование излучения и его разложегиг на
два спектральных интервала, показана на рис. 18
Фотодетекторы
363
(вставка) [56 J. Спектральное разложение обеспечивают два слоя четверного
соединения Ga^In^As^?^. Решетки этих с^оев согласованы с решеткой InP;
они имеют различный кристаллический состав и, следовательно,
характеризуются различными значениями ширины запрещенной зоны. Слой Qi
имеет более широкую запрещенную зону (1,0 эВ), чем слой Q.2 (0,74 эВ), а
подложка прозрачна для излучения падающего с обратной стороны структуры.
Перекрытие зон фоточувствительности является следствием оптических
