WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Последовательность полупроводниковых слоев такой гетерофотодиодной структуры состоит из 800 nm GaInAs и верхнего слоя InP толщиной 100 nm (рис. 4). Металлические встречно-штыревые контакты формируются поверх слоя InP. Моделирование показывает, что присутствие гетеробарьера, его местоположение, напряжение смещения, плотность оптического возбуждения — все эти факторы в значительной степени изменяют условия дрейфа фотогенерированных токовых носителей. При этом активный InP слой должен быть по возможности тонким, чтобы обеспечить максимальную скорость отбора носителей, а с точки зрения эффективности детектора его толщину следует выбирать достаточной, чтобы обеспечить поглощение большей части излучения в этом слое. Коэффициенты поглощения оптического излучения в этих полупроводниках различны [8]. Мы выбрали толщину слоя InP равной 100 nm. В этом случае поглощается 30% падающего на диод излучения на длине волны 750 nm и тем самым обеспечивается разумный компромисс между быстродействием детектора и его эффективностью.

Чтобы убедиться в справедливости такого подхода, мы смоделировали импульсный отклик МПМ диода с InP/GaInAs гетеробарьером. Влияние гетеробарьера проявляется в резком скачке электрического поля вследствие различий в зонной структуре InP и GaInAs: ширина запрещенной зоны InP равна 1.35 eV, в то время как Рис. 5. Распределение электронов (a) и дырок (b) в активу InGaAs — 0.73 eV. Величина гетеробарьера между InP ном объеме InP/GaInAs МПМ гетерофотодиода спустя 3 ps и InGaAs достаточна, чтобы уменьшить дистанции дрей- после прибытия импульса оптического возбуждения с энергифа носителей заряда в МПМ гетерофотодиоде и сделать ей 0.01 pJ на длине волны 750 nm.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Импульсный отклик МПМ фотодиода с гетеробарьером ет, что МПМ структура с гетеробарьером позволяет реализовать сверхбыстрый режим фотодетектирования для энергий фотона, превышающих ширину запрещенной зоны InP, расчетная величина FWHM сигнала отклика гетеробарьерной МПМ структуры с шириной зазора 0.1 µm и площадью встречно-штыревой системы контактов 10 10 µm2 составляет 0.6 ps (рис. 6). Это в пять раз короче отклика обычного МПМ детектора с такой же геометрией (рис. 2) и сравнимо с откликом МПМ диода на низкотемпературном GaAs [16,17]. Улучшение в скорости отклика детектора сопровождается снижением его эффективности. Моделирование показывает, что квантовая эффективность МПМ гетерофотодиода составляет 0.1. Такие фотодиодные структуры представляют интерес в случаях, когда скорость отклика является более важной характеристикой детектора, чем его эффективность.

Рис. 6. Импульсный отклик МПМ гетерофотодиода на воздейНаши расчеты подтверждаются экспериментальныствие импульса оптического возбуждения с энергией 0.01 pJ на ми исследованиями. Ранее методом внешнего электродлине 750 nm. Напряжение смещения 1.5 V.

оптического стробирования мы измерили электрический отклик гетеробарьерного InP/GaInAs МПМ диода.

Длительность сигнала отклика детектора, совмещенпокинули слой InP. При этом на контактах МПМ диода ного с копланарной СВЧ линией передач, составила собираются только носители, фотогенируемые в верхнем FWHM = 0.6 ps [18]. Следует, однако, заметить, что по полупроводниковом слое, приводя к очень быстрому условиям эксперимента энергия импульса оптического отклику детектора (рис. 6). Фотогенерированные носивозбуждения составляет 3-10 pJ. Известно, что светотели либо собираются на встречно-штыревых контактах, вой импульс с большой энергией может существенно либо рекомбинируют в узкозонном полупроводниковом видоизменить внутреннее электрическое поле [19,20].

материале на временном интервале, много большем, Детальный анализ динамического поведения МПМ диодчем время переноса из активного слоя к контактам, и ных структур при больших интенсивностях падающего не дают заметного вклада в фототок. При этом захват на диод излучения должен учитывать эффекты экраниносителей заряда на центрах рекомбинации в узкозонрования внутреннего поля.

ном полупроводниковом материале является полезным с точки зрения увеличения широкополосности детектора, поскольку в этом случае уменьшается „хвост“ в Заключение сигнале отклика диода. Такой подход, однако, накладывает определенные ограничения на выбор напряжения Исследован импульсный отклик МПМ фотодетектора смещения МПМ гетерофотодиода, которое в данном на воздействие короткого импульса света с точки зрения случае должно быть сравнительно небольшим, чтобы уменьшить отток электронов и дырок из GaInAs через распределения фотогенерированных носителей заряда и гетеробарьер к контактам Шоттки. При больших смеще- внутреннего электрического поля. Исследованы ограниниях блокирующее действие гетеробарьера становится чения, обусловленные уменьшением линейных размеменее эффективным.

ров встречно-штыревой системы контактов планарного При таком подходе удается наиболее просто реализо- МПМ диода: сильная неоднородность электрического вать субмикронные размеры активной области МПМ ди- поля в активном объеме субмикронных МПМ струкода и, таким образом, малые дистанции дрейфа токовых тур приводит к снижению быстродействия детектора.

носителей, которые в данном случае определяются толПоказано, что наличие гетеробарьера в активной общиной слоя InP. Уместно напомнить, что в обычном плаласти МПМ диода видоизменяет процессы дрейфа фонарном МПМ диоде дистанции дрейфа определяются ветогенерированных носителей заряда в МПМ диоде и личиной межэлектродного зазора (т. е. литографическисущественно увеличивает скорость отклика InP/GaInAs ми возможностями) и глубиной проникновения световоМПМ диода. Такая концепция может быть эффективной го излучения в базу диода. Следует также отметить, что при разработке сверхбыстродействующих оптоэлектронуменьшение толщины слоя InP не приводит к увеличеных устройств.

нию емкости диода, но ведет лишь к некоторому снижению его эффективности. Однако улучшение в скорости Работа выполнена при частичной финансовой подотклика весьма существенно. Моделирование показыва- держке РФФИ (грант № 03-01 00219).

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 56 С.В. Аверин Список литературы [1] Ito M., Wada O. // IEEE J. Quantum Electronics. 1986.

Vol. 22. N 7. P. 1073–1077.

[2] Rogers D.L. // J. Lightwave Technology. 1991. Vol. 9. N 9.

P. 1635–1638.

[3] Soole J.B.D., Schumacher H. // IEEE J. Quantum Electronics.

1991. Vol. 27. N 3. P. 737–752.

[4] Chou S.Y., Liu M.Y. // IEEE J. Quantum Electronics. 1992.

Vol. 28. N 10. P. 2358–2368.

[5] Chou S.Y., Liu M.Y., Fisher P.B. // Appl. Phys. Lett. 1992.

Vol. 61. N 4. P. 477–479.

[6] Hugy J., Haddab Y., Sachot R., Ilegems M. // J. Appl. Phys.

1995. Vol. 77. N 4. P. 1785–1794.

[7] Averin S., Sachot R. et al. // J. Appl. Phys. 1996. Vol. 80. N 3.

P. 1553–1558.

[8] Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ.

М.: Мир, 1984. 456 с.

[9] Kato K. // IEEE Trans. 1999. Vol. MTT-47. N 7. P. 1265– 1281.

[10] Sarto A.W., Van Zeghbroeck B.J. // IEEE J. Quantum Electron. 1997. Vol. 33. N 12. P. 2188–2194.

[11] Ramo S. // Proc. IRE. 1939. Vol. 27. N 9. P. 584–585.

[12] Пожела Ю. Физика быстродействующих транзисторов.

Вильнюс: Мокслас, 1989. 261 с.

[13] Kikuchi T., Ohno H., Hasegava H. // Electron. Lett. 1988.

Vol. 24. N 19. P. 1208–1210.

[14] Yang L., Sudbo A.S. et al. // IEEE Photonics Technol. Lett.

1990. Vol. 2. N 1. P. 56–58.

[15] Kuhl D., Hieronymi F. et al. // Electron. Lett. 1990. Vol. 26.

N 25. P. 2107–2109.

[16] Chiu Y.J., Flecher S.B., Lasaosa D., Bowers J.E. // Appl. Phys.

Lett. 1997. Vol. 71. N 17. P. 2508–2509.

[17] Kordos P., Foster A., Marso M., Ruders F. // Electron. Lett.

1998. Vol. 34. N 1. P. 119–120.

[18] Аверин С.В., Штейн фон Камински Е. и др. // ЖТФ. 1995.

Т. 65. Вып. 1. С. 81–90.

[19] Moglestue C., Rosenzweig J. et al. // J. Appl. Phys. 1991.

Vol. 79. N 4. P. 2435–2448.

[20] Averin S.V., Sachot R. // Solid State Electronics. 2000. Vol. 44.

N 9. P. 1627–1634.

Журнал технической физики, 2004, том 74, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.