Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
А/см2 при уКв и коэффициент умножения 3000.
На рис. 32, а показана зонная диаграмма лавинного фотодиода в состоянии
равновесия, имеющего раздельные области поглощения и умножения 158].
Переход -п сформирован в слое n-InP (область умножения). Слой GalnAs,
выращенный на /г-InP, используется в качестве области поглощения.
Поскольку в InP коэффициент ионизации дырок в 2-3 раза больше, чем
коэффициент ионизации электронов (k' - 0,4), то процесс лавинного
умножения должен стимулироваться дырками. Для обеспечения инжек-ции дырок
в область умножения через барьер на границе слоев "-InP и /г-GalnAs
необходимо подобрать уровни легирования и толщины этих слоев таким
образом, чтобы обедненная область в /г-IriP в условиях лавинного пробоя
достигала слоя GalnAs (рис. 32, б) Квантовая эффективность прибора
составляет 40 %
Глаза 13
Область Область
умножения поглощения света
г
t-C л
Ef________________ ^
?у---------------
Се
?г
Еу
p+~InP n-InP G&0,47^^0,53 a
Рис. 32. Зонная диаграмма гетероперехода
InP - GalnAs в условиях теплового равновесия (а)
и зонная диаграмма при
лавинном пробое (б) [58].
при Я = 1,3 мкм и 50 % при Я, = 1,6 мкм, а шум-фактор на 3 дБ ниже, чем в
лавинном Ge-фотодиоде, работающем на длине волны 1,15 мкм.
13.5. ФОТОТРАНЗИСТОР
Все рассмотренные в предыдущих главах биполярные и униполярные
транзисторы могут выполнять функции фотодетекторов и, следовательно,
называться фототранзисторами. Присущий этим приборам транзисторный эффект
обеспечивает высокое усиление. Вместе с тем по сравнению с фотодиодом
фототранзистор более сложен в изготовлении и уступает ему в-
быстродействии вследствие большей площади.
Структура биполярного фототранзистора [51 ] и его эквивалентная схема
приведены на рис. 33, а. Он отличается от обычного биполярного
транзистора тем, что переход база - коллектор,
Фотодетекгтры
383
hO
База -^ 1 [ п^^---Эмиттер
и-
В-
ссв* ?р,л
I
Z
CEO
h
iWpti
a
?
С
База
11 rrri
i_p ч ct т | J
Коллектор -
& tL Рис. 33. Биполярный фототранзистор (а) и составной фототранзистор
(б) [51 ].
выполняющий в нем роль чувствительного элемента (на рис. 33, а показан в
виде диода с параллельно включенной емкостью), имеет большую площадь.
Фототранзисторы особенно эффективны в составе оптронов, поскольку
обеспечивают высокий коэффициент преобразования по току (т. е. отношение
выходного тока фотодетектора к входному току светодиода), достигающий 50
% и более, тогда как при использовании фотодиодов этот коэффициент не
превышает 0,2 %. В режиме работы с плавающей базой фотоносители дают
вклад в ток коллектора в виде фототока /р1г. Кроме того, дырки,
фотогенерированные в базе, а также дырки, приходящие в базу из
коллектора, понижают разность потенциалов между собой и эммитером, что
приводит к инжекции электронов через базу в коллектор. Общий коллекторный
ток равен
I CEO - I ph hFEI ph
(1 -|- hFE) Ip/j,
(56)
где hFE - статический коэффициент усиления транзистора в схеме с общим
эммитером, который может быть существенно больше единицы. Вследствие
этого эффективный квантовый выход фототранзистора в (1 + hFE ) раз
больше, чем квантовый выход фотодиода. которым является переход база -
коллектор.
Мощность, эквивалентная шуму, определяется выражением (20), в котором [52
]
1eg - 1 CEO (1 -j-* ^hfe/hpf),
(57)
384
Глава 13
где hje дифференциальный коэффициент усиления транзистора в схеме с общим
эмиттером. Таким образом, уровень шума прибора и усиление взаимосвязаны.
Биполярный фототранзистор может быть интегрально совмещен с другими
приборами. Например, используя дополнительный транзистор, можно
сформировать составной фототранзистор с существенно более высоким
коэффициентом усиления (рис. 33, б). Быстродействие рассмотренных
структур ограничивается большой емкостью перехода база - коллектор и
снижается при увеличении усиления за счет эффекта обратной связи. Так,
типичное время отклика для фотодиода составляет ~0,01 мкс, тогда как для
биполярного фототранзистора оно равно ~5 мкс, а для составного
фототранзистора ~50 мкс.
Фототранзистор может быть изготовлен на основе гетероструктуры. На рис.
34 (вставка) показана зонная энергетическая диаграмма симметричной
структуры n-AlGaAs//?-GaAs/n-AlGaAs [53]. Этот прибор характеризуется
высокими значениями напряжения запирания и коэффициента усиления для
обеих полярностей смещения и линейной зависимостью тока от напряжения,
проходящей через начало координат (рис. 34). Эффективная инжекционная
способность обеспечивается за счет того, что слой базы имеет более узкую
запрещенную зону, чем слои коллектора и эммитера. Таким путем устраняется
присущее обычным транзисторам ограничение, состоящее в необходимости
создания слаболегированного базового слоя, и можно реализовать условия,
при которых обед-
Змиттер &аза) Коллектор
П IjpO (2 S
40 С
Тс - 40 М/4
г
¦v 30 " . _ . _ .
1р-20 м/1
^ 20 г-------------
Рис. 34. Вольт-амперная характеристика фототранзистора с двусторонним
