Оптоелектронні пристрої на основі надрешіток і квантових точок. Фотоприймачі на основі легованих надрешіток

Основные приборы на сверхрешетках - оптоэлектронные (инжекционные лазеры и светодиоды, пассивные элементы, фотоприемники), приборы с отрицательным дифференциальным сопротивлением, транзисторы.

Основной чертой оптоэлэктроники является замена традицион­ного электронного способа передачи и обработки информации на оптический.Основными полупроводниковыми элементами системы оптической передачи информации являются: электрически управляе­мый источник электромагнитного излучения (светодиод или инжекционный лазер), элемент, передающий или преобразующий оптиче­ские сигналы (волновод, модулятор, дефлектор, направленный от­ветвитель и т. д.), и элемент, преобразующий свет в электрические сигналы (фотоприемник). До сих пор сверхрешетки успешно приме­нялись в светоизлучателях и фотоприемниках.

Фотоприемник на основе свсрхрешетки содержит от 20 до 100 тонких чередующихся n- и р-слоев GaAs а также торцевые n+ и р+ области, расположенные перпендикулярно слоям и образующие селективные электроды (рис. 5.4, а)

С помощью зтих электродов ко всем р — n-переходам, составляющим свсрхрешетку, приклады­вается обратное смешение V_R. Рис. 5.4 дает представление о работе приемника. На рис. 5.4, б показана периодическая модуляция энер­гетических зон положительными и отрицательными объемными за­рядами соответствующих слоев. Параметры сверхрешетки выбира­ются так, чтобы при нулевом смешении слои были уже полностью обеднены. Для этого необходимы одинаковая поверхностная плотность легирования слоев, В такой структуре внутреннее поле объемно­го заряда определяемое параметрами сверхрешетки, не зави­сит от внешнего смешения, поскольку доноры и акцепторы в соот­ветствующих слоях полностью ионизованы уже при нулевом сме­щении. При этом, как показано на рис. 5.4. в, края зоны проводи­мости и валентной зоны вдоль слоев, т. е. в х-направлении, явля­ются плоскими, за исключением областей вблизи n + - и р+ - контактов. В силу полного обеднения слоев сверхрешетка является высокоомной и напоминает полуизолятор. Поэтому при приложе­нии обратного смещения к селективным электродам в х-направлении появляется постоянное продольное электрическое поле т. с., как показано на рис. 5.4, г и 5.4 д, зонная структура наклоня­ется вдоль слоев. Создаваемые светом электрон-дырочные пары эффективно разделяются в z-направлении сильным полем объемного заряда сверхрешетки, после чего немедленно вытягиваются про­дольным полем в x-направлении к соответствующим электродам. В результате рекомбинация рожденных светом носителей пренебре­жимо мала, что позволяет достичь исключительно высокой эффек­тивности поглощения. Поскольку характерные времена термализации неравновесных носителей в подзонах зоны проводимости и валентной зоны составляют всего 10¹² с, быстродействие прибора определяется главным образом скоростью отвода электронов и дырок вдоль параболических каналов. Кроме того, малость времени такого отвода при больших обратных смещениях приводит к тому, что исходный потенциал обемного заряда сверхрешетки лишь в малой степени компенсируется избыточными носителями и длинноволновая чуствительность в ходе работы не ухудшается.

Рис. 5.4.