|
|
U
О
а ш
ник служит в этом случае «окном», прозрачным для света, поглощаемого в увкозонноы слое, и защищает область генерации перавновесных электронно-дырочных пар от рекомбилац. потерь на поверхности кристалла. Область спектральной чувствительности фотоэффекта определяется формой потенц. барьеров па границе. В резких Г. барьеры, возникающие из-за разрывов зон, препятствуют разделению носителей, возбуждаемых светом при его поглощении в узкозонном полупроводнике (рис. 5, б). В плавных Г. разрывы зон и пички на
границах отсутствуют, благодаря чему достигается постоянная спектральная чувствительность в диапазоне
&ei < яю < £&∙ Заключение. Особенности зонных диаграмм Г. и связанные с ними односторонняя инжекция, сверхинжек-ция, инжекция в тянущих полях делают Г. мощным
Лш
G,
"."
ЛЛЛ/≈
≈ Рис. 5. Фотоэффект Б плавном гетеропере-U ходе: а ≈ зависимость
** фототона от энергии - !∙≈∙∙; фотонов (пунктир ≈ длинноволновая граница спектральной чувствительности в случае резкого гетероперехода); б ≈ зонная диаграмма (пунк-______ тир ≈ форма Барье-^ ров в резком гетеро-6 переходе).
средством управления потоками носителей в полупроводниках* Благодаря этому электрич. характеристики
транзисторов, тиристоров и др. полупроводниковых приборов на основе Г. лучше, чем у аналогичных приборов на основе р ≈ «-переходов. Особенности излучат, рекомбинации и нситильного фотоэффекта послужили основой для создания оптоэлектронных приборов (ге-теролазеров, светодиодов, фотодетекторов и др.; см. Гетероструктура).
Литп.: М и л н с А., Ф о и х т Д., Гетеропереходы металл ≈ полупроводник, пер. с англ., М., 1975; Ш а р м а Б. Л., И у р о х и т Р. К,, Полупроводниковые гетеропереходы, пер. с англ., М., 1979. Ж. И. Алферов, С, А. Гуревич. ГЕТЕРОСТРУКТУРА ≈ полупроводниковая структура с неск. гетеропереходами- (ГП). Возможность изменять на границах ГП ширину запрещ╦нной зоны ╗g и диэлектрическую проницаемость е позво- Яс ляст в Г. эффективно управлять движением носителей заряда, их рекомбинацией, а также световыми потоками внутри Г.
Рис. 1. Зонные диаграммы ггтерост-руктурьт типа JV ≈ -р-Р: а ≈ в равновесии; б ≈ при прямом смещении; f?ff≈ уровень Ферми, g
г»
к
О-OI
б
кваэиуровни __________ ^ Ферми. /
Электронное ограничение. На рис. 1, а показана зон-
ная диаграмма Г, типа N ≈ р ≈ Р (двойная Г., ДГ).
о Предполагается, что толщина d узкозошюго р-слоя
44О меньше диффузионной длины (L) неравновесных носи-
телей. При прямом смещении (рис. 1, 6} барьер в зоне проводимости на изотипном р≈Р-ГП ограничивает сквозной диффузионный ток электронов, инжектированных вр-слой, а барьер в валентной зоне на Л"≈р-ГП ≈ сквозной ток дырок (ограничение сквозного тока имеет место и в Г. типа N≈п≈Р}. Б большинстве случаев, когда разрывы в зонах А£с и Д£^ ^>kT (Т ≈ темп-pa кристалла), сквозным диффузионным током в ДГ можно пренебречь и в р-слое имеет место полное ограничение инжектир. носителей, т. е. локализация неравновесных носителей зарядов в узкозошшй части Г., ограниченной более широкозонными полупроводниками. В этом случае плотность ; тока прямого смещения определяется только рекомбинацией носителей заряда в узкозонном (активном) слое:
j ≈ e& md/i, (1)
где Дот ≈ концентрация перявновссных носителей, инжектированных в активный слой, т ≈ их время жизни, е ≈ элементарный заряд. При толстом р-слое (d^L) jme&mL/t. Отсюда следует, что при одинаковой плотности тока в ДГ за сч╦т электронного ограничения концентрация неравновесных носителей Дт в тонком р-слое (d<^L) в Lid раз больше, чем в толстом,
Оптическое ограничение (вол и овод я ый эффект). Т. к. узкозонный слой имеет обычно больший показатель преломления «1>«2 (рис. 2), то в нем имеет
Рис. 2. Волноводный эффект в двойной гетеро-структуре: T*I ≈ показатель преломления узкозонного слоя,пй≈ широк озонных слоев; Е2(г) ≈ зависимость интен-сииности световой волны от координаты г.
место волповодное распространение света, обусловленное полным внутренним отражением света на границах. Оно отч╦тливо проявляется, когда d^K (А ≈ длина волны света). Волноводный эффект может наблюдаться как при освещении Г. извне, так и для света излучат, * рекомбинации внутри узкозожюго слоя. Последний случай наиб, важен в большинстве практич. применений (см. ниже).
Структура эл.-магн. полей, соответствующих локализованным волнам (собственным модам оптич. волновода, см. Световод), может быть найдена из решений ур-ний Максвелла, если в полупроводниковых слоях Г. известна ф-ция n(z}. Волноводные свойства Г. могут изменяться под влиянием внеш. воздействий, напр, при возбуждении в узкозонном слое неравновесных носителей, т. к> в зависимости от их концентрации изменяется диэлектрическая проницаемость узкозояно-го слоя.
Практическое применение. Наиб, важное применение Г.≈ т, н. оптоэлектропные приборы (гетеролазеры, ге-теросветодиоды). В Г., активная область к-рых представляет собой прямозонный полупроводник типа A'HBV с £g -≈∙ 1 эВ, внутр. квантовый выход излучат. рекомбинации (отношение числа носителей, рекомби-нирующих с излучением фотона, к общему числу инжектированных в узкозопный слой носителей) г|,-~100% в широком диапазоне степени легирования и темп-ры {включая ЗООК). Т. о., при рекомбинации неравповес-ных носителей в активной области Г. энергия внеш. источника практически полностью может быть преобразована В световую энергию (см. Гетеролазер].
В гетеросветоднодах (источниках спонтанного излучения) излучающая область также прямо-зонный полупроводник A41BV. Вывод излучения обычно осуществляется перпендикулярно плоскости Г. через верхний широкозонный слой (эмиттер, плоскост.
")
}
