Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
обладают рядом потенциальных преимуществ по сравнению с приборами на
основе Ge и Si. Изменяя состав соединений, можно регулировать
спектральную характеристику чувствительности прибора. Поскольку
прямозонные соединения типа АШВУ имеют высокий коэффициент поглощения, то
в приборах на их основе может быть получена высокая квантовая
эффективность даже в тех случаях, когда с целью достижения высокого
быстродействия в них используются тонкие обедненные слои. Кроме того,
прозрачный слой гетероструктуры (поверхностный слой с более широкой
запрещенной зоной) может быть выращен по технологии, которая обеспечивает
высокочастотные характеристики и минимальные потери, связанные с
рекомбинацией фотоносителей.
Лавинные фотодиоды были изготовлены 147, 48 ] с использованием различных
систем из соединений типа AI1JBV, в том числе AlGaAs/GaAs, AlGaSb/GaSb,
GalnAs/InP и GalnAsP/InP. На начальной стадии развития таких фотодиодов
был получен ряд обнадеживающих результатов по быстродействию и квантовой
эффективности. Последние могут превосходить аналогичные харак-
Фотодетекторы
379
теристики существующих лавинных Ge-фотодиодов, работающих в диапазоне 1-
1,6- мкм. Вместе с тем в этом направлении предстоят еще широкие
исследования с целью изучения таких параметров материалов, как темновые
токи, коэффициенты поглощения, отношения коэффициентов ионизации, а также
с целью совершенствования материалов, методов изготовления, конструкций
приборов и их надежности.
Последние исследования отношения коэффициентов ионизации в Al^Gai^Sb-
переходах показали, что, когда спин-орбитальное расщепление валентной
зоны А приближается к значению, равному ширине запрещенной зоны (рис. 29,
вставка), это отношение может быть очень малым [57]. График на рис. 29
демонстрирует резкое уменьшение k' при A/?g "=* 1. Были получены значения
k' менее 0,04, что соответствует значениям шум-фактора менее 5 при М =
100.
Ряд лавинных фотодиодов был создан с использованием конструкции,
изображенной на рис. 23, г. В качестве подложек использовались
полупроводники Ш-V групп (например, GaAs и InP) Слои тройных или
четверных соединений с близкими параметрами решеток выращивались на
подложках, например, с помощью методов жидкостной, газофазной или
молекулярнолучевой эпитаксии. На рис. 30 (вставка) показана структура
Alo,№Gao,i5As/GaAs |48|. Верхний слой структуры играет роль "окна",
прозрачного для падающего излучения в диапазоне 0,5- 0,9 мкм. Квантовая
эффективность при X = 0,53 мкм равна ~70 % и может быть увеличена до 95 %
при использовании просветляю-
/О
Энергия
viz
УТЬ
$
?
01
Ut*
0,01
о
,''ч Импульс
J___L
• /•
i
;
i*
GaSb
I
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1f1 1,Z 1J
* /Eg
Рис. 29. Зависимость отношения коэффициентов ионизации в AljeGaj.a, Sb-
ди-оде от A//'g, где А - спин-орбитальное расщепление валентной аоны
(.вставка) [57].
880
Глава 13
0,в~
Длина
0,6 0,7
волны, мкм
Рис. 30. Зависимость квантовой эффективности от длины волны излучения для
лавинного фотодиода с гетеропереходом AlGaAs/GaAs. На вставке показана
структура прибора (лавинного Al0)85Ga0)iFiAs/GaAs^oToдиода) [4-8].
щего покрытия из Si3N4 (рис. 30) Темновой ток при напряжении, равном
половине пробивного напряжения, не превышал ~10-8 А/см2. Время нарастания
импульса составляет 35 пс,, а коэффициент умножения на частоте 273 МГц
равен 100. Отношение k = ар/ап составило 0,83, что, по-видимому, является
следствием сравнимых значений коэффициентов ионизации электронов и дырок
в GaAs с ориентацией (100). Необходимо отметить, что в GaAs с ориентацией
(111) коэффициент ионизации дырок существенно больше, чем коэффициент
ионизации электронов (см. гл. 1). Следовательно, для достижения
минимального уровня шума необходимо использовать GaAs с ориентацией
(111), в котором процесс лавинного умножения стимулируется дырками.
На рис. 31 (вставка) представлена гетероструктура [49], в которой
планарный р-я-переход сформирован в прозрачном слое InP, отделенном от
поглощающего слоя GalnAsP с более узкой запрещенной зоной. В этом диоде
обедненная область распространяется из it-InP в слой я-GalnAsP от плоской
части перехода, оставаясь внутри InP на периферии перехода. Так как
пробивное напряжение VB пропорционально Ef2, то его значение в InP
примерно на 60 % выше, чем в GalnAsP (при условии, что оба слоя имеют
одинаковые уровни легирования). В результате этого в рассматриваемой
диодной структуре предотвращается краевой пробой. Уменьшение токов утечки
достигается также за счет подавления туннельного пробоя в широкозонном
материале (т. е. в InP), соседствующего со слоем с более узкой
запрещенной
Фотодетекторы
381
10
-1
50k'KM
^иффутя Cd)
/--touc/si/sysiisr ь
/Л-^/lu-Zn
Ю
10 20 30
Обратное смещение, В
Рис. 31. Зависимость коэффициента умножения и темнового тока от величины
обратного смещения для лавинного фотодиода с гетероструктурой GalnAsP
[49].
зоной (т. е. GalnAsP). Прибор имеет низкую плотность темнового тока ~10"в
