Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 20

По друге, в фотодіоді Шоткі з ростом енергії квантів область поглинання випромінювання зміщується в шар об’ємного заряду, де існує поле, що розділяє фотоносії. В фотодіоді з р-n переходом при малій глибині поглинання фотострум практично дорівнює нулю. В результаті короткохвильова межа спектральної характеристики фотодіода Шоткі розміщена при більш коротких хвилях. Звідси витікає, що спектральні характеристики фотодіодів Шоткі значно ширші, ніж діодів з р-n переходом.

Окрім вказаних, фотодіоди Шоткі мають ще ряд позитивних властивостей:

·  Малий опір бази, що забезпечує величину постійної часу С_Б×r_Б на рівні 10^-12 с і інерційність цих приладів визначається лише часом перельоту фотоносіїв через область об’ємного заряду (10^-10 – 10^-11 с);

·  Поєднання високої швидкодії і високої чутливості;

·  Простота створення випрямляючих фоточутливих структур.

Фотодіоди з гетероструктурою

Гетероструктури, про які згадувалось в п. 3.3, можуть виготовлятись як на основі однотипних напівпровідників з різною шириною забороненої зони, так і на основі різнотипних. При створенні гетероструктур має місце перерозподіл носіїв заряду, що і приводить до появи контактної різниці потенціалів і відповідного вирівнювання рівня Фермі. Особливістю енергетичних діаграм гетеропереходів є те, що на межі розділу структур створюється розрив енергії DW, наявність якого приводить до того, що потенційні бар’єри для інжектованих дірок і електронів є різними.

На  рис. 3Ф6 зображена енергетична діаграма гетероструктури з вузькозою забороненою зоною W_ЗР напівпровідника р- типу (бази) і широкою забороненою зоною W_ЗN напівпровідника n- типу (емітера). Внаслідок цього в рівновісному стані має місце рух носіїв лише одного типу, а при прикладанні прямої напруги – відповідно, одностороння інжекція – для приведеної на рис. 3Ф6 структури тільки рух електронів з широкозонного шару у вузькозонний.

Гетероструктура з широкозонним емітером і вузькозонною базою називається одинарною. Широке використання находять також подвійні гетероструктури, в яких розміщується допоміжний запираючий широкозонний шар того ж типу провідності, що і база. В подвійній гетероструктурі другий потенційний бар’єр перешкоджає виходу електронів з базової області, в якій накопичуються інжектовані електрони. Збиткова концентрація носіїв в активній зоні і одностороння інжекція різко підвищують її швидкодію.

Використання подвійної гетероструктури забезпечує локалізацію інжектованих носіїв зарядів в базі при зменшенні її ширини буквально до декількох мікрон. Це і дозволяє підвищити швидкодію подвійних гетероструктур.

Принцип дії і зонна діаграма гетерофотодіода зображені на рис. 3.ф7. Шар р⁺ (GaAlAs)   виконує функцію вікна, що пропускає промені, які поглинаються в середній n- області.

Різниця в ширині заборонених зон по обидві сторони від гетеропереходу становить біля 0.4 еВ. Генеровані в n- області під дією оптичного випромінювання дірки переносяться в р⁺ область. Товщина активної n- області вибирається такою, щоб забезпечити поглинання всього випромінювання.

Гетерофотодіоди мають високу чутливість і високу швидкодію при малих робочих напругах. Гетероструктури дозволяють також, підібравши відповідні пари напівпровідників, працювати практично в будь-якій частині оптичного діапазону хвиль. Така перевага обумовлена тим, що в гетероструктурі робоча довжина хвилі визначається різницею між шириною заборонених зон і не пов’язана зі спектральною характеристикою глибини поглинання. Можлива величина фото-ЕРС досягає у гетерофотодіодів 0.8 – 1.1 В.

Лавинні фотодіоди

Лавинні фотодіоди є одним з шляхів створення швидкодіючих фотоприймачів з високою чутливістю. При високому рівні електричного поля в активній зоні фотодіода енергія, що отримують електрони і дірки в цьому полі, перевищує енергію створення електронно-діркових пар. Тому під дією квантів світла починається лавинний процес розмноження носіїв. Підсилення первинного фотоструму в лавинному фотодіоді визначається коефіцієнтом лавинного перемноження:

М = I_Ф /I_Ф0 ,