ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Фотодиоды Шоттки

Упрощенная структура фотодиода с барьером Шоттки показана на рис. 6.10.

На подложке сильно легированного кремния п выращивается тонкая эпитаксиальная пленка высокоомного полупроводника «-типа. Затем на тщательно очищенную поверхность материала «-типа напыляют тонкую (»0,1 мкм) полупрозрачную пленку, а поверх нее — ан­тиотражающее покрытие.

Структура и свойства контакта «металл-полупроводник» зависят от взаимного распо­ложения уровней Ферми в металле (С/Фм) и полупроводнике (С/Фпп). На рис. 6.11 показаны зонные диаграммы контакта «металл—полупроводник» для случая £Уфм < £/«>„„. При образо­вании контакта электроны переходят из полупроводника и-типа в металл. При этом вблизи границы «металл—полупроводник» создается объемный заряд положительных ионов доно­ров и, следовательно, электрическое поле.

Энергетические уровни вблизи поверхности полупроводника искривляются. Степень искривления уровней характеризуется поверхностным потенциалом (7пов. Его можно опре­делить разностью потенциалов между объемом и поверхностью полупроводника. При от­сутствии внешнего напряжения и оптического излучения переход находится в равновесном состоянии. Это состояние характеризуется равновесным поверхностным потенциалом С/по,0. Потенциальный барьер в приконтактном слое называют барьером Шоттки. Его высота 1/пово является аналогом внутреннего потенциального барьера в р-л-переходе. В зависимо­сти от полярности приложенного внешнего напряжения высота барьера Шоттки и сопро­тивление приконтактного слоя будут меняться.

При приложении прямого напряжения ищ (положительный полюс к металлу, отрица­тельный — к полупроводнику «-типа) потенциальный барьер понижается, приконтактный слой обогащается основными носителями — электронами, и сопротивление перехода «ме­талл-полупроводник» будет меньше равновесного. Если изменить полярность внешнего на­пряжения, т. е. приложить к переходу обратное напряжение V^ то потенциальный барьер в контакте повышается. В этом случае приконтактный слой еще сильнее обедняется основными носителями — электронами и повышается его сопротивление по сравнению с равновесным состоянием. Таким образом, контакт «металл-полупроводник» обладает выпрямляющими свойствами и может быть основой приборов, называемых диодами Шоттки.

Отличительной особенностью диодов Шоттки по сравнению с диодами на р-«-перехо­де является отсутствие инжекции неосновных носителей. Диоды Шоттки используют дви­жение основных носителей. В них отсутствуют медленные процессы, связанные с накопле­нием и рассасыванием неосновных носителей в базе диода.

В фотодиодах с барьером Шотгки имеется возможность поглощения квантов излучения в металле контакта (если энергия квантов излучения меньше ширины запрещенной зоны). Если энергия кванта излучения больше высоты потенциального барьера, то возбужденные электроны из металла могут перейти в полупроводник через потенциальный барьер. В ре­зультате длинноволновая граница спектральной характеристики фотодиода сдвигается в сторону более длинных волн.

В фотодиоде Шоттки с ростом энергии квантов область поглощения излучения сдвига­ется в слой объемного заряда, где существует поле, разделяющее фотоносители. В фотодио­де с /»-«-переходом при малой глубине поглощения фототок практически равен нулю. Сле­довательно, коротковолновая граница спектральной характеристики фотодиода Шоттки расположена в области более коротких волн.

Перспективность применения фотодиодов Шотгки в оптоэлектронике объясняется их следующими достоинствами:

- малым сопротивлением базы фотодиода г6; поэтому постоянная времени барьерной емкости Сбар^б у фотодиодов Шоттки примерно равна Ю12 с, а инерционность опре­деляется только временем пролета фотоносителей через область объемного заряда (1(Г10...1(Г“) с;

- сочетанием высокого быстродействия и высокой чувствительности (5ф = 0,5 А/Вт);

- простотой создания выпрямляющих фоточуЪствительных структур на самых разнооб­разных металлах и полупроводниках и, следовательно, возможностью управления вы­сотой потенциального барьера Шоттки; в частности, кремневые фотодиоды с барье­ром Шоттки работают при А. = 0,63 мкм, имеют быстродействие 10 10 с и фоточувст - вительносгь 5Ь = 0,5 А/Вт;

- хорошей совместимостью с оптическими интегральными микросхемами.

Для продвижения в длинноволновую область повышают удельное сопротивление базо­вой области и одновременно увеличивают ее толщину, т. е. переходят к структуре т-1-п, где т — означает «металл».