Оптоэлектроника

Р—/—п-диод

Другим типом диода, играющим очень важную роль в оптоэлектронике, является р—/—я-диод, в котором слаболегированная область заключена между сильнолеги­рованными областями р - и я-типа (смотрите рис. 10.А.2). Встроенный потенциал всегда определяется положением уровней Ферми в областях р - и я-типа, т. е.:

А

CD

I

О

Потенциал V(z) определяется уравнением Пуассона, который в аппроксимации области обеднения (смотрите рис. 10.А.2) есть:

Рис. 10.А.2. Зонная диаграм­ма p—i—n-диода при термо­динамическом равновесии.

NCNV

 

У* =Eg-kBTn

 

(10.А. З)

 

Р—/—п-диод

Р—/—п-диод

Е2 .. , . ,

-г-Г = —N D, dl-d2<z<dl

D < z < d2

подпись: d < z < d2Dz Е d2V

(10. A. 4)

подпись: (10. a. 4)Dz2 °’

При этом решения имеют вид:

E2N

Dt - d„ < z < d,

подпись: dt - d„ < z < d,Уп +-------- — (z ~ dx + dn )2,

2e

2e

E2N,

V„ + e N 0 d„2 + e-N °-d„(z - dt} d, < z < d2

(d2 + dp - zj,

 

V„ -

 

D2 < z < d2 + d „

 

Здесь длины обеднения с1п и (I определяются УЬІ = V — К или:

(10.А.6)

(10.А.7)

подпись: (10.а.6)
(10.а.7)
= N,<1,

Р—/—п-диод

В пределе, когда (і2 — с1[ »с1п. </ решение имеет простой вид:

КСІ,

.Уы. (г-4) </,<<: <</2

2 I

С12 < г

Это есть ничто иное, как линейное падение потенциала между двумя сильнолеги­рованными областями я - и р-типа. После чего система ведет себя как простой кон­денсатор с металлическими обкладками, при этом постоянное электрическое поле В собственной области определяется соотношением Р = Уъ./(с12 — с1{).

Приложение обратного напряжения к этой структуре приводит просто к увеличению напряженности поля Р:

Р—/—п-диод

(10.А.8)

Имеется много применений р—/— л-диодов. Так как эта структура характеризуется постоянным электрическим полем в собственной области, она используется как базо­вая структура для оптоэлектронных компонентов, требующих модуляции однородно­го поля (т. е. электрооптические модуляторы на основе эффекта Штарка (допол­нение 8.В) или Франца—Келдыша (дополнение 7.А). Наиболее важным являет­ся использование р—/— я-диода в качестве высокочастотного фотоприемника. Быстрый фотоотклик этих приборов имеет двойственную природу. Во-первых, динамическая емкость р— /— я-диода (С = еЛ/(с12 — г/,)) намного меньше по срав­нению со сравнимым р—я-переходом (С = еЛ/Ь, где Ь есть ширина области обед­нения).Таким образом. Я С - постоянная намного меньше в случае р—1— п-прибора, что обеспечивает возможность детектирования ВЧ-сигналов. В дополнение к этому собственная область может быть сделана с достаточно большой толщиной, с тем чтобы поглотить практически все излучение. В результате этого поглоще­ние, имеющее место в нейтральных областях, сводится до минимума. Это, в свою очередь, уменьшает вклад фотогенерации в диффузионный ток и эффек­тивно устраняет вклад времени жизни неосновных носителей в полный динами­ческий отклик фотодиода (смотрите раздел 11.4).

Достаточно небольших усилий, чтобы определить ограничения такой картины «постоянного поля» в собственной области р—/-/1-диода. Остаточный (фоновый) уровень легирования в собственной области никогда не является полностью нуле­вым, при этом, если длина обеднения £гс5, соответствующая этому остаточному уров­ню легирования, меньше с12 — (1{, поле не может оставаться постоянным, и оно будет экранироваться пространственным зарядом, связанным с ионизированными легирующими примесями. Эта длина обеднения существенно зависит от качества материала. Другой предел связан непосредственно с собственной концентрацией носителей я. в полупроводнике. Определяющим параметром в данном случае явля­ется длина Дебая, соответствующая я.. Если с12~ с1{ > 10, то свободные носители будут экранировать поле, и структура «выродится» в систему с двумя переходами и областью нулевого поля между ними. Поскольку 10 зависит от температуры, в особен­ности, через я., становится невозможным поддерживать поле в пределах достаточно большой длины в узкозонном полупроводнике при окружающей температуре.

Р—/—п-диод

Пример--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. Найдем максимальный допустимый уровень легирования, который позволил бы нам реализовать р—/—я-диод, работающий при напряжении У » Уьг Пусть толщи­на собственной области составляет О. Из (10.1) мы имеем:

2ЕУ

М0<^г (10.А.9)

Еи~

В 51 при напряжении 100 В и ширине обеднения 50 мкм (е = £0£г и £ = 12) мы

Должны обеспечить < 5 х 1018 см“3.

2. Найдем максимальную рабочую температуру для /?—/—/1-диода на основе 1пАз с толщиной собственной области О. В таком узкозонном полупроводнике (Е = 0,36 эВ) ограничение следует из собственной концентрации носителей при комнатной темпе­ратуре, определяемой (5.49). Связанная с этим длина Дебая в этом случае составляет:

<1вА10

Эффективные плотности состояний ТУ и УУ даются (5.46) при эффективных массах тс/те = 0,023 и ту/те = 0,4 или N = 8,7 х 1016 (Т/300)15 см-3 и УУ, = 6,3 х 1018 см-3

(Т/300)15. Требование, чтобы 10 > О при 0=5 мкм приводит к Гтах = 159 К.

Оптоэлектроника

Приобретаем- купить осциллограф, тепловизоры, источники питания

Тепловизионные камеры. Тепловизоры testo - полупроводниковые приборы, наделённые возможностью наблюдать тепловое либо световое излучение. Тепловизор flir на собственном мониторе изображает оранжевыми, красными и желтыми цветами объекты, источающие тепло, но прохладные …

Конкуренция мод: перекрестные модуляторы

В дополнении 11.Д мы видели, что вблизи порога полупроводниковый лазер может генерировать в многомодовом режиме несмотря на то. что усиливающая среда яв­ляется однородной. При достаточно сильном возбуждении настолько выше порога, …

Униполярные квантово-каскадные лазеры

Одной из характерных особенностей полупроводниковых лазерных диодов являет­ся то, что в прямо смещенном диоде принимают участие два типа носителей (элек­троны и дырки). Это делает традиционные лазерные диоды биполярными приборами. Существует …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.