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 VR. 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.