Навигация
Изопериодные гетероструктуры
49210
знаков
3
таблицы
10
изображений
2.7 Изопериодные гетероструктуры
Твердые растворы открывают широкие возможности создания гетеропереходов и приборов на их основе. Гетеропереход - контакт двух полупроводников с различной ΔЕо. Для получения гетеропереходов со свойствами идеального контакта необходимо выполнить ряд условий совместимости материалов по механическим, кристаллохимическим и термическим свойствам. Решающим критерием при выборе материалов контактной пары является соответствие периодов их кристаллических решеток и ТКЛР. Особенность электрических свойств гетеропереходов заключается в преимущественной инжекции носителей заряда из широкозонного полупроводника в узкозонный.
Если компоненты гетеропары обладают взаимной растворимостью во всем интервале концентраций, то появляется уникальная возможность создавать гетеропереходы между химическим соединением АС и твердым раствором на его основе - AxB1-xС. Это обстоятельство позволяет плавно изменять свойства материалов на контактной границе, что важно при изготовлении ряда приборов оптоэлектроники - гетеролазеров, светодиодов и быстродействующих фотоприемников (источников и приемников излучения).
Среди полупроводников типа АIIIВV наилучшими парами для создания идеальных гетеропереходов являются системы GaAs - AlxGa1-xAs и GaSb - AlxGa1.xSb. Преимущества указанных гетеропар заключаются в том, что период решетки в твердых растворах слабо зависит от состава и близок к периоду решетки бинарного соединения (соответственно, GaAs и GaSb).
В качестве примера можно рассмотреть схему лазера с двойной гетероструктурой (рис. 2.2). Область рекомбинации носителей заряда и светового излучения сосредоточены в среднем узкозонном активном слое
(p-GaAs), заключенном между двумя широкозонными эмиттерами
(AlxGa1-xAs). При подаче прямого напряжения в такой
структуре имеет место двухсторонняя инжекция носителей заряда в активный слой. Благодаря эффективному возбуждению удается достигнуть высокого квантового выхода люминесценции и снизить пороговую плотность тока, требуемую для генерации когерентного излучения. Снижение порогового тока увеличивает срок службы приборов и позволяет осуществить непрерывный режим генерации при Т=300 К, который не удается реализовать в инжекционных лазерах на гомогенных структурах с р-n-переходом.
При использовании четырехкомпонентных твердых растворов типа AxB1-xCyD1-y возникают дополнительные степени свободы для варьирования параметрами сопрягаемых материалов. Наиболее интересными и изученными являются твердые растворы GaxIn1-xAs1-yPy , в которых имеет место замещение по обеим подрешеткам при сохранении общей стехиометрии, т.е. равенство суммарных количеств атомов металла и металлоида. В качестве исходных компонентов такого твердого раствора можно рассматривать четыре бинарных соединения: GaP, InP, GaAs, InAs.
Особый интерес представляют твердые растворы GaxIn1-xAs1-yPy с изопериодическим замещением к InP. В зависимости от состава их ΔЕ0 может изменяться в пределах от 0,75 до 1,35 эВ. Инжекционные лазеры на основе гетёропары InP – GaxIn1-xAs1-yPy перспективны для применения в ВОЛС, поскольку спектральный диапазон их излучения соответствует минимальным оптическим потерям кварцевого волокна.
2.8 Применение соединений АIIIВV
Особый интерес к этой группе материалов вызван потребностями оптоэлектроники в быстродействующих источниках и приемниках излучения. Инжекционные лазеры и светодиоды на основе соединений АIIIВV характеризуются высокой эффективностью преобразования электрической энергии в электромагнитное излучение.
Большой набор значений ΔЕ0 у полупроводников типа АIIIВV позволяет создавать на их основе различные виды фотоприемников, перекрывающих широкий диапазон спектра. Среди них наибольшее распространение получили фотодиоды и фотоэлементы. GaAs является одним из лучших материалов для применения в солнечных батареях. InSb используется для изготовления приемников ИК – излучения, обладающих фоточувствительностью вплоть до x =7 мкм.
Соединения АIIIВV позволяя создавать эффективные фотоумножители, работающие на основе внешнего фотоэффекта, фотокатоды и эмиттеры вторичных электронов. Например, фотокатоды из GaAs р-типа, активированного пленкой СsО2 для снижения работы выхода электронов, обладает квантовым выходом в ближней ИК-области спектра на несколько порядков выше, чем у фотокатодов из традиционных материалов.
Токовая неустойчивость в сильных электрических полях используется для создания генераторов СВЧ - колебаний, генераторов Ганна. Кроме GaAs, перспективными материалами являются InP, InAs и твердые растворы на их основе.
GaAs и InSb применяются для изготовления туннельных диодов.
InSb и InAs благодаря высоким значениям подвижности носителей заряда используют для изготовления магниторезисторов и преобразователей Холла.
InSb и InP используют для изготовления тензометров.
GaAs широко применяется для изготовления полевых транзисторов в быстродействующих ИС.
Похожие работы
... материалы, но наибольшее распространение получили оксиды металлов переходной группы Д. И. Менделеева [от титана (порядковый номер 22) до меди (порядковый номер 29)]. Основные требования, предъявляемые к полупроводниковым материалам таких термисторов, определяются необходимостью обеспечить широкий диапазон номинальных сопротивлений, различный температурный коэффициент сопротивления, малый разброс ...
... установкой и откачивают выделяющиеся во время расплавления материала газы и летучие соединения. Откачка длится от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от времени плавки. Высокую степень чистоты полупроводниковых материалов получают возгонкой или сублимацией. Этот метод основан на способности некоторых твёрдых веществ переходить в парообразное состояние, минуя жидкую фазу, а затем в ...
... по миру. Если в 1900 г. в год получали около 8 тысяч тонн легкого металла, то через сто лет объем его производства достиг 24 миллионов тонн. 2. Металлические проводниковые и полупроводниковые материалы, магнитные материалы 2.1 Классификация электротехнических материалов Электротехнические материалы представляют собой совокупность проводниковых, электроизоляционных, магнитных и ...
... для производства силовых приборов, где в качестве главного требования выступает высокая однородность распределения примесей в кристалле. Метод радиационного легирования также находит все большее применение и для легирования других полупроводниковых материалов. Так, им осуществляют легирование Ge галлием и мышьяком, InSb оловом, GaAs германием и селеном и т. д. 2. Легирование объемных ...
0 комментариев