Фотодіод з гетероструктурою

Контакт двох різних за хімічним складом напівпровідників. На кордоні розділу ПП зазвичай змінюються ширина забороненої зони, рухливість носіїв заряду, їх ефективні маси та інші характеристики.

Завдяки p-n-переходу в кристалах вдалося здійснити інжекції електронів і дірок, а проста комбінація двох p-n-переходів дозволила реалізувати монокристалічні підсилювачі з хорошими параметрами - транзистори. Найбільшого поширення набули структури з одним p-n-переходом (діоди і фотоелементи).

Гетерофотодіоди представляють собою одну з найбільш бурхливо розвиваються різновидів оптоелектронних фотоприймачів. У конструкції будь-якого гетерофотодіода виділяються насамперед дві області: «ширококутного вікна» і активний фоточутливий шар. Широкозонне вікно без втрат пропускає випромінювання до активної області та в той же час є контактним шаром з малим послідовним опором. Процеси в активній області - поглинання випромінювання, накопичення (збирання) генеруються носіїв заряду - в значній мірі протікають так само, як і в кремнієвої pin-структури. Важлива відмінність полягає в тому, що вибором відповідного напівпровідникового з'єднання фоточутливого шару вдається забезпечити повне поглинання випромінювання (у тому числі і в ІЧ-області) при товщині цього шару порядку 1 мкм.

Найважливішою перевагою гетерофотодіодів є їх фізична і технологічна сумісність з пристроями інтегральної оптики. Безсумнівно корисним може виявитися те, що вони можуть бути виготовлені на одному кристалі з випромінювачем і мікросхемою, тобто відкривається можливість створення універсальних монолітних оптоелектронних елементів двостороння. Основні матеріали гетерофотодіодів - GaAlAs для l ~ 0, 85 мкм і InGaAsP, InGaAs для l = 1, 3... 1, 55 мкм. Розвиток лавинних гетерофотодіодів малоймовірний, але їх альтернативою є інтегровані структури, в яких на одному кристалі напівпровідника об'єднані гетерофотодіод і транзистор.

Застосування досконалих гетероструктур (з низькою щільністю поверхневих станів) відкриває можливості створення фотодіодів з ККД, близьким до 100%. Поєднання малого часу розсмоктування нерівноважних носіїв заряду і малого значення бар'єрної ємності забезпечує високу швидкодію гетерофотодіодов. Такі прилади можуть ефективно працювати при малих зворотних напругах. Підбираючи пари напівпровідникових матеріалів можна отримувати фотодіоди, що працюють в будь-якій частині оптичного діапазону довжин хвиль. Внаслідок хороших можливостей вибору матеріалу бази досягається значення ЕРС у гетерофотодіодов становить (0, 8... 1, 1) В, що в два-три рази вище, ніж у кремнієвих фотодіодів. Основний недолік гетерофотодіодів притаманна гетероструктур - складність виготовлення.