ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Фотодиоды с гетероструктурой

Гетерофотодиодом называют прибор, имеющий переходной слой, образованный полупро­водниковыми материалами с разной шириной запрещенной зоны.

Устройство и принцип действия этих приборов рассмотрим на примере гетерострукту­ры СаА5-ОаА1А5 (рис. 6.12).

На подложке арсенида галлия «+ типа » 10-18 см'3) методом жидкофазной эпитаксии последовательно наращивают сначала слой чистого нелегированного арсенида галлия «-ти­па (Л'д ~ 1015 см-3), а затем слой р+ типа твердого раствора Оа|_хА1хАз (/Уд» 1018 см 3). Обеспечение в растворе значения X — 0,4 приводит к различию ширин запрещенной зоны по разные стороны гетероперехода »0,4 эВ.

Слой СаА1АБ играет роль широкозонного окна, пропускающего излучение, поглощае­мое в средней «-области. Структура зонной диаграммы (рис. 6.12, 6) обеспечивает беспре­пятственный перенос генерируемых в «-области дырок в /»-область.

Толщина средней области И выбирается так, чтобы обеспечить поглощение всей падаю­щей мощности. При X ~ 0,85 мкм достаточно иметь Л » 20 мкм. Высокая степень чистоты этой области обеспечивает малые рекомбинационные потери генерирумых светом носи­телей. Фоточувствительность гетерофотодиодов определяется эффективным временем жиз­ни носителей в среднем слое, а время переключения — толщиной этого слоя и напряженно­стью электрического поля. Применение совершенных гетероструктур (с низкой плотностью поверхностных состояний) открывает возможности создания фотодиодов с кпд, близким к 100%. Сочетание малого времени рассасывания неравновесных носителей заряда и малого значения барьерной емкости обеспечивает высокое быстродействие гетерофотодиодов. Такие приборы могут эффективно работать при малых обратных напряжениях. Подбирая пары по­лупроводниковых материалов можно получать фотодиоды, работающие в любой части опти­ческого диапазона длин волн. Это преимущество обусловлено тем, что в гетерофотодиоде рабочая длина волны определяется разницей ширин запрещенных зон и не связана со спект­ральной характеристикой глубины поглощения. Вследствие хороших возможностей выбора материала базы достигаемое значение фотоЭДС у гетерофотодиодов составляет (0,8... 1,1) В, что в два-три раза выше, чем у кремниевых фотодиодов. Основной недостаток гетерофо­тодиодов присущая гетероструктурам — сложность изготовления.