Оптоэлектроника

Несколько вариантов диодов

Диод с гетеропереходом — это р—я-диод, в котором р-и я-области задаются полупро­водниками с различной шириной запрещенной зоны. Начнем с рассмотрения струк­туры, представленной на рисунке 10.А.1, до того, как в обеих областях установится термодинамическое равновесие. В этом случае каждый материал обладает своим уров­нем Ферми. Полупроводниковые гетеропереходы были рассмотрены в главе 8. Как было установлено, в такой структуре разрыв ширины запрещенной зоны распределя­ется на разрывы зоны проводимости Д£ и валентной зоны Д£, при этом его протя­женность измеряется в пределах атомарной шкалы. Так как указанные разрывы име­ют химическую природу, они не изменяются при переходе материалов к состоянию равновесия. Как это имеет место в случае любого полупроводникового перехода, при термодинамическом равновесии основные носители диффундируют в области, где они становятся неосновными до тех пор, пока не произойдет выравнивание уровней Ферми. На рис. 10.А.1 выравнивание уровней Ферми с обеих сторон структуры при­водит к возникновению внутреннего потенциала, определяемого выражением:

(10.А.1)

Ес(<

V(z)

Ev(>

Рис. 10.А.1. Диод с р—«-гетеропереходом. (1) — легированный материал «-типа, а (2) — легированный материал р-типа. Зонная диаграмма до (а) и после (б) установления термодинамического равновесия.

При этом уравнение Пуассона и результаты, полученные для толщины области обеднения ((10.26)—(10.31)) остаются неизменными. В то же время внутренний потенциал определяется (10.А.1).

И опять зоны следуют за потенциалом, показанным для равновесной структуры на рис. 10.А.1. Понятно, что приложение внешнего потенциала к этой структуре описывается той же самой теорией переноса неосновных носителей с использова­нием соотношений (10.44) и (10.49) с тем важным отличием, что на этот раз:

(10А2)

В данном случае собственные концентрации различны для каждого материала. Для сим­метрично легированной структуры (ND = NA) концентрация неосновных носителей в ма­териале с большей шириной запрещенной зоны меньше, чем в материале с меньшей шириной запрещенной зоны (т. е. п[16]., « п2.2 т. к. п2 ос е _£/*й7). В результате этого ток неосновных носителей, инжектированных в материал с большей шириной запрещенной зоны (дырки в материале 1), сильно уменьшается по сравнению со случаем гомоперехода.