Исследование электрических и фотоэлектрических свойств фоточувствительных структур в системах GaAs-AlGaAs и InP-InGaAs со встроенным потенциальным барьером Абдуллаев, Хаким Олимжанович

Введение к работе

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию электрических и фотоэлектрических свойств, механизмов усиления и кинетики фототока фоточувствнтельных структур со встроенный потенциальным барьером вертикальной геометрии на основе Ga,.fls-JiGo,Jls, а такке планарной геометрии структур на основе /лР - InGaJls .

Актуальность темы.

Последние годы разработке высокоэффективных, быстродействующих фотодетектороз уделяется большое внимание. Это обус-иовлено тем, что удовлетворить зсе возрастающим требования.'» к іараметрам и характеристикам фотодетекторов в связи с расширением областей их применения— волоконно-оптическая связь, разработка оптоэлектронных интегральных схем, регистрация сверх-<оротких импульсов лазерного излучения и т.д. модно, только ис-юльзуя нозые материалы и структуры. Несмотря на то, что требо-зания к параметрам и характеристикам фотодетектороз в каждом конкретном случае различны, "все se общими являются - высокая эффективность и быстродействие.

В настоящее время при разработке новых типоз фотодетекторов и улучшения основных параметров известных используются ге-героструктуры на основе ЁссД$ я родственных соединений. Для ;пектрального диапазона 0,8-0,9 мкм - гетероструктуры в систе-ie G.Ga,./ls , а для диапазона 1,0-1,6 мкм — InP-^rn Ga/ts . Get S. І -JGa SS .

Особенно широкое применение гетероструктуры нашли для :оздания фотодетекторов с внутренним усилением. Среди многооб-іазия фотодетекторов, обладающих внутренним усилением, з даи-юй работе основное внимание уделено изучению планарных фото-[роводников на основе /nGaJtz- /пР со "скрытым" затзором затвором, расположенным с противоположной от освещаемой по-іерхности стороны) и фоточувствительных йа/7.ї -/lUGafls. структур :о встроенным потенциальный барьером - вертикальных фотосолро-'ивлекий и структур с металлической сеткой. Привлекательность юследних обусловлена их вертикальной структурой, обеспечивав-

щей высокую эффективность ввода света. Большое значение для разработки новых типов фотодетекторов на основе гетероструктур играют новые прецезионные методы их выращивания МОС-гидридная и, молекулярно-пучковая эпитаксии.

Несмотря на интенсивные исследования подобного рода структур, ряд вопросов, связанных о механизмом усиления фототока, наличием медленных участков на кривых спада фототока, с оценкой достижния максимально возможных параметров, выбором оптимальной геометрии и уровней легирозания,до сих пор остаются не выясненными.

Цель работы. Исследование электрических и фотоэлектрических свойств светочувствительных структур со встроенным потенциальным барьером вертикальной геометрии - вертикальных фото-сопротивлений на основе резких изотипных ?Ґ-п-п* ЖОсиЪ^ЁаД* -гетероструктур и структур со встроенной металлической сеткой типа п¹'- п^а- Me-п^с- п* , а также плааарных фотосопротивлений на основе In Р - !п GuAs с целью создания высокоэффективных быстродействующих фотодетекторов для спектрального диапазона 0,8-0,9 мкм и 1,0-1,6 мкм. Для этих целей изучены темновые и световые ВАХ рассматриваемых структур в широком интерзале освеценностей при различных температурах. При этом в изотипных /У"- /7^е- ґґ - структурах варьировались как уровни легирозания, так и толщина активной П -области, а в структурах п*-п''-Ме-п*-П^г - кат металлической сетки.

Для выяснения механизма усиления фототока в планарном ОС проведено изучение одиозных свойств дзух типов структур одинаковой геометрии - нормально открытых и закрытых полевых транзисторов со скрытым затвором и структур без затвора.

Научная новизна.

Показано, что,в отличие от анизотипных гетеропереходов, появление фототока в которых при освещении связано с пространственным разделением электровоз і: дырок, в резких изотипных /V-п"- г*— гетероструктурах существенную роль игразт эффекты модуляции встрозккого потенциального барьера и фотопроводимости с последующим прохождением одним из типов носителей гетеро-

границы.

Б зависимости от эффективной массы носителей, уровня легирования широкозонной области, освещенности и температуры, механизм прохождения гетерограницы может быть туннельным или термоомиссионннм.

Сравнительно высокие значения коэффициента усиления (G )
при малых уровнях освещенности ( Р Ю^-0 Вт) в планарных 0
ІпР- ІпСл As, превышающие отношение подвижностей _/ //jp

обусловлены поверхностным изгибом зон. Установлено, что поперечное электрическое поле затвора приводит к уменьшению изгиба зон, благодаря чему С уменьшается, приближаясь к значению, близкому к ju_n /ju_p , и повышению быстродействия.

Установлено, что исследование фотоэлектрических свойств /г*-п-А/в -п" -п" - структур в двухэлектродном исполнении дает полную информацию о качестве арсенид галлиепых транзисторных структур с проницаемой базой.

Показана принципиальная возможность использования транзисторных структур с проницаемой базой в качестве быстродействующих, эффективных фотодетекторов.

Практическая ценность работы

В результате проведенной работы на основе изотопные N* - /г'- п.*- гетероструктур /!Ga./fs - Ga.s созданы быстродействующе фотодетекторы с внутренним усилением ( G > 10), обладайте высокой эффективностью ввода света.

Покапано, что использование "скрытого" затвора в ПК на основе InP-In Gaffs позволяет эффективно управлять темповыми токами, коэффициентов усиления и временем спада фототока, что открывает возможность создания быстродействующих фотодетекторов с внутренним усилением.

Установлено, что видом выходных ВАХ транзисторных структур с проницаемой базой на основе Ga.fls можно управлять шагом вольфрамовой сетки.

- б - .

Оонозные полоненик, выносимые на защиту. .

1. В идеальном случае при концентрации в иирокозончом
иатери&яе N > 5-Кг см~" усиление фототока в изотипных
/V^r-n"-n* J?GaJ/s - ва./1-^г. - гетероструктурах в области

р >, 10 Вт определяется пролетными временами при отрицательной полярности к накоплением дырок на гетерогракице при положительной полярности, а при малых уровнях осзеценности модуляцией встроенного потенциального барьера.

1. Механизм усиления фототека в пленарных СС и полевых транзисторах идентичен и определяется эффектом фотопроводимости

2. "Скрыть:,;" затвор з ПОС позволяет управлять поверхностным загкбсм зон, а значит,величиной коэффициента усиления и быстродействием.

3. Усилительные свойства и тип выходных ВАХ фоточувствительных структур /7*- /1^е- Не-Л*- Г* определяятся ваг ом металлической сетки, т.е. высотой встроенного потенциального барьера.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на УІ Всесоюзном созечании по исследованию арсекида галлия (Томск, 1937); на Все союзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Тапкент, 1989); на У Всесоюзной конференции до физическим процессам в полупро-воднпкезых гетероструктурах (Калуга, 1990); на научно-технических семинарах ОТІ; им.А.Ф.ІІоффе АН СССР.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 5 печатных работах, которые перечислены з конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глаз, заключения и списка цитируемой литературы. 06-цпі^!. осьем работы составляет 149 страниц , в тем числе 76 страниц машинописного текста к 60 рисункоз на 62 страницах, 3 таблиц. Список литературы включает наименования на 8 страницах.

Похожие диссертации на Исследование электрических и фотоэлектрических свойств фоточувствительных структур в системах GaAs-AlGaAs и InP-InGaAs со встроенным потенциальным барьером

Исследование формирования, структуры и свойств пленок полупроводниковых силицидов кальция на Si (111)Безбабный Дмитрий Александрович

Разработка технологии получения и исследование свойств интегральных фотодилдных структура на основе AlxGa1-xP/GaP/GayIn1-yPАхмедова, Нодира Аминджановна

Получение аморфных и микрокристаллических тонко-пленочных материалов a - Si1-xCx:H, мс - Si:H и исследование свойств пленок и приборных структур на их основеМавлянов, Равшан Каршибаевич

Исследование электронной структуры и оптических свойств идеальных и содержащих точечные дефекты кристаллов диэлектриков кластерным методом рассеянных волнСоболев, Александр Борисович

Исследование электрофизических свойств двухкомпонентной слоистой структуры, состоящей из жидких органических веществСидоров, Игорь Викторович

Исследование свойств светоизлучающих эпитаксиальных GaAs структур, содержащих ферромагнитные слоиДорохин Михаил Владимирович

Разработка технологии получения пленок твердых растворов ZnxCd1-xSe методом испарения исходных соединений в квазизамкнутом объеме и исследования их кристаллической структуры и электрофизических свойствМирина, Сейед Нуреддин

Исследование деградации электрофизических свойств кремния и структур на его основе, легированных переходными, редкоземельными и изовалентными элементамиТалипов, Фархад Магруфович

Исследование термодинамических свойств и закономерностей формирования структуры некристаллических полупроводниковБодягин, Николай Викторович

Исследование электрофизических свойств и радиационных эффектов в структурах кремния-на-изолятореКильчицкая, Валерия Игоревна