Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 79
Текст из файла (страница 79)
9.!3). Базовую область такой структуры делают из полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны и большей диэлектрической проницаемостью, чем у эмиттериых областей. Инжектированиые в базу носители заряда оказываются в потенциальных ямах. Различие показателей преломления (диэлектрических проницаемостей) базовой и эмиттерных областей приводит к полному внутреннему отражению квантов света на гете- ропереходах, т. е. область базы является, по существу, световодом.
Все это обеспечивает значительно меньшие пороговые плотности токов и большие эффективности или КПД инжекциоиных лазеров с гетеропереходами. Основные характеристики н иараметры Пороговая плотность тока существенно зависит от температуры инжекционного лазера: для лазеров иа основе арсенида галлия пороговая плотность тока порядка !О А/см при 7=4,2 К и порядка !О' А/см' при 77 К. Таким образом, для уменьшения пороговой плотности тока необходимо глубокое охлаждение инжекционного лазера. Инжекционные лазеры с использованием гетеропереходов, имеющие значительно меньшие пороговые плотности токов, могут работать при комнатной температуре в непрерывном режиме.
СпектРальнаЯ каРцкгеРистика ла- эхл зб гера, как н любого другого источника э™з света, представляет собой зависимость интенсивности излучения (чаще в относительных единицах) от длины вол- 7 иы (рис. 9.14). При малых токах (меньше порогового) излучение, возникающее в основном из-за самопроизвольной рекомбинации, является ие- ав авг абе а, л,нлм а когерентным. Поэтому спектральная характеристика получается широкой, Рнс.
9.)4. Спектральные ха. т. е. лазер работает как светоизлу- рак™р Фр красно чающий диод. При больших токах и ар (больше пОРОГОВОго) иитеисивиость пердтуре 77 К. излучения значительно больше, так как ИЗЛУЧЕНИЕ ПОЛуЧаЕтСя КОГЕРЕНтиЫМ И эначенпв !режи» рабом нэлустрого направленным. чающего диода) 2 — прн токе выше порогового эчачеикв Диаграмма направленности излуче- !режим работы иижекцноиного ния лазера характеризует пространст- лазера) венное распределение интенсивности излучения. Излучение полупроводниковых лазеров обладает достаточно малым (не превышающим нескольких градусов) углом расходимости светового пучка.
Но по этому параметру полупроводниковые лазеры значительно уступают газовым и твердотельным диэлектрическим лазерам, что связано с малыми размерами кристалла полупроводника и особенно с малымн размерами активной области, где происходит вынужденная рекомбииация. Коэффициент полезного действия полупроводникового инжекционного лазера на основе арсенида галлия достигает 70о7~7, в то время как значение внутреннего квантового выхода, возможно, достигает 100~, т. е. каждый инжектированный электрон при Рекомбинации с дыркой создает фотон. По КПД полупроводниковые инжекциониые лазеры превосходят газовые и твердотельные диэлектрические лазеры, у которых ои равен соответственно тысячным и сотым долям процента.
Яркосгная характеристика лазера, т. е. зависимость интенсивности излучения от проходящего через лазер тока (рис. 9.!5), представляет собой почти лииейиые зависимости в диапазоне токов, соотиетствующих преобладанию самопроизиольиой рекомбинации (режим работы свето- излучающего диода) и преобладанию вынужденной рекомбинации (режим работы лазера). уп* рг гр и' йл Ь рлм ЕОтОРВЗИСтОРЫ Чзоторезастер — ото полуироводвиковмй резвстор, действие кееерого осиовииа ив Ьзоторезистивиом вхййепте. Рпс. 9зб. яркосгнвк характеристика полупроводникового кзлу.
чающего диода ка основе арсскида галлиа при различных температу- рах !о„= иЬЯ!ун!х„— = аЬг((! — Я)от|гурт„р„Е, и где а — толщина полупроводникового фоточувствительного слоя; Ь вЂ” его ширина; ! — расстояние между электродами; Я— коэффициент отражения; а — показатель поглощения; т( — кваитовая эффективность генерации; ЬГо — число фотонов, падающих иа единичную поверхиость фоточувствительного слоя в единицу времени. Фототок соответствует прохождению через фоторезистор и через внешнюю цепь !о„/г! электронов.
Число электронов, возникающих в объеме фоточувствительного слоя из-за поглощеиия фотонов, равно аЬ((! — Я)ат(Ц. Отношение числа прошедших во внешней цепи электронов к числу возникших в фоточувствительиом слое электронов называют коэффициентом усиления фоторезистора: .г ~~ -Р~ щ~~ . г аы(~ — к)ачгре аы(~ — к)ачмо ! Произведеиие подвижности электронов иа напряженность электрического поля есть скорость дрейфа электронов, которую При облучении фоторезистора фотонами в полупроводниковом фоточувствительном слое возникает избыточиая коицеитрация носителей заряда (см. $ Е!2). Если к фоторезистору приложеио напряжение, то через него будет проходить дополнительная составляющая тока — фототок, обусловлеииый избыточной концентрацией носителей.
Электронная составляющая фототока можно также представить как расстояние между электродами, делеииое иа время пролета носителей между электродами у„, Поэтому коэффициент усиления фоторезистора можио выразить и в таком виде: Кг=т /(„р„. Если в полупроводниковом фоточувствительном слое есть примеси, являющиеся ловушками захвата для иеосиовиых носителей заряда (сеисибилизирующие или очувствляющие примеси), то захват иеосиовиых носителей этими ловушками может существеиио (иа иесколько порядков) увеличить эффективное время жизни иеравиовесиых основных носителей. В этом случае время жизни может значительно превышать время пролета носителей между электродами.
Когда один из электронов достигает положительного электрода, другой электрои входит в полупроводниковый слой из отрицательного электрода для сохраиеиия элентрической нейтральности объема полупроводника, в котором остались иескомпеисироваииая положительно заряжетсиая ловушка захвата. Таким образом, поглощение одного фотона может служить причиной прохождения через фоторезистор миогих электронов. Введение сеисибилизирующих примесей, приводя к увеличению эффективного времени жизни основных носителей, вызывает сиижеиие быстродействия фоторезистора.
Усиление фототока может происходить и при наличии потенциальных барьеров, например, иа поверхности кристаллов полупроводника, если фоторезистор изготовлен иа основе поликристаллического полупроводникового материала. Потеициальиые барьеры могут являться потенциальными ямами для иеосиовиых носителей заряда. В этом случае будет происходить усиление фототока в фоторезисторе по аналогии с усилением фототока в фототраизисторе, что будет рассмотрено в 5 9.9. Техиология изготовления и коиструкция Осиовиой частью конструкции фоторезистора является полупроводниковый фоточувствительиый слой, который может быть выполнен в виде моиокристаллической или поликристаллической пластинки полупроводника или в виде поликристаллической пленки полупроводника, иаиесеииой иа диэлектрическую подложку.
В качестве полупроводникового материала для фоторезисторов обычно используют сульфид кадмия, селеиид кадмия или сульфид свинца. На поверхность фоточувствительного слоя накосят металлические электроды. Ииогда электроды иаиосят непосредственно иа диэлектрическую подложку перед осаждением полупроводникового слоя. Поверхность полупроводникового фоточувствительиого слоя, расположенную между электродами, называют рабочей ялосцад- кой. Фоторезисторы делают с рабочими площадками прямоугольной формы, в виде меандра или в виде кольца.
Плошадь рабочих площадок различных фоторезисторов составляет обычно от десятых долей до десятков квадратных миллиметров. Исходя из площади рабочей площадки можно правильно выбрать размер светового пучка, оценить световой поток, при котором должен работать фоторезистор, и т. д. Прн эксплуатации фоторезистора рекомендуется его рабочую площадку засвечивать полностью, так как при этом эффект изменения сопротивления фоторезистора максимален. Подложку с нанесенным на иее полупроводниковым фоточувствительным слоем или пластинку полупроводника помещают в пластмассовый или металлический корпус.
Основные характеристики и параметры Вольт-амперные «арактеристики фоторезистора представляют собой зависимости светового тока /„при неизменном световом потоке, а также темпового тока 7„„от приложенного к фоторезнстору напряжения (рис. 9.!б). В рабочем диапазоне напряжения ВАХ фоторезнсторов при различных значениях светового потока практически линейны. Однако у боль- 1 ( шниства пленочных фоторезисторов и у I фоторезисторов с фоточувствительным слоем из поликристаллического полу(ее проводникового материала линейность ВАХ нарушается прн малых напряже- 7 виях (характеристика является сверхлииейной). Эта нелинейность связана с явлениями на контактах между отдельными зериамн или кристаллами полупроводника. При малых напряжениях сопротивление фоторезистора опредеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
