Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Оптические свойства структур с квантовыми ямами (КЯ) в последнее время привлекли всеобщее внимание благодаря их использованшо в оптоэлектронных приборах, работающих в ИК диапазоне, в системах оптической связи и обработки изображений. Обнаружены сильные электрооптические и нелинейные эффекты при оптических переходах зона-зона, а наличие минизонной структуры обеспечивает сильное поглощение при гораздо меньших энергиях, чем в объемных структурах. Особый интерес представляют межподзонные переходы, которые были впервые обнаружены в системе из селективно легированных квантовых ям GaAs/AlGaAs. Большая сила осциллятора в этих переходах вместе с возможностью изменения ширины'запрещенной зоны и других важных параметров слоистой структуры используются в нелинейной оптике и при детектировании ИК излучения.
Несомненный интерес представляет изучение ИК фотоприемников (ФШ на основе структур с КЯ соединений GaAs/AlxGat_xAs и Si/Sit.xGex для диапазона длин волн 8-14 мкм. Принцип действия такого ФП состоит в .возбуждении электронов с основного состояния в КЯ в непрерывный спектр с последующим сбором носителей с помощью приложенного электрического поля. ' Спектральная ширина, положение' ft величина пика фотоотклика зависят, главным * образом, от размеров ям и барьеров, процентного содержания Л1 (Si) в* твердом растворе, эффективной массы'электрона в структуре,
кратности вырождения, формы поверхности Ферми, концентрации примеси. Обнаружительная способность и рабочая температура таких ФП в режиме ограничения флуктуациями фонового излучения (ОФ) меньше чем в ФП на основе .КРТ, однако существует целый . ряд причин, указывающих на широкие потенциальные возможности этого типа ФП. ИК ФП на основе структур GaAs/AljjGa^As и Si/SilxGex имеют большие прешущества с точки зрения современной технологии. Уже сейчас существуют методы, позволяющие выращивать эти структуры с высокой степенью однородности при больших площадях. Кроме того, возможна интеграция с существующими системами на GaAs (Si). В этих структурах по сравнению с КРТ лучше термическая стабильность, большее быстродействие. Возможно также изготовление матричных ФП с очень высокой степенью однородности элементов.
Цель диссертационной работы состояла
- разработке теории пороговых фотоприемников на основе
структур с квантовыми ямами GaAs/ЛІ Ga xAs и Si/Si Gex.
- оптимизации фотоприемников и расчете их характеристик.
Научная новизна работы
Разработана теория пороговых ИК фотоприемников на основе структур с квантовыми ямами.
Практическая ценность работы
Результаты диссертационной работы могут быть использованы для расчета характеристик пороговых Фотоприемников на основе структур с квантовыми ямами r.ciAs/AlyGn As и Si/5i Gev и
их оптимизации»
Результаты диссертации могут быть использованы в НИИ ПФ и НИИ "Пульсар" при разработке и оптимизации ИК фотоприемников на основе структур с квантовши ямами GaAs/AlxGaj_xAs и
Si/Sit-xGV
На защиту пЫиосптсп следующие положения:
-
Коэффициент поглощения ИК излучения при фотоионизации КЯ может быть порядка коэффициента поглощения при прямых межзонных переходах при достаточно большой концентрации легирующей примеси.
-
Эффекты деполяризации существенны в процессе поглощения излучения. Деполяризационный сдвиг и уширение спектра определяют величину коэффициента поглощения и ширину полосы принимаемого излучения. '
-
Время жизни электронов в состояниях непрерывного спектра структуры с КЯ определяется процессами захвата в ямы. Для GaAs-AIGaAs время жизни определяется испусканием полярных оптических фононов при переходе в основное состояние КЯ и составляет т = 2 10 ""сек. ' Время жизни электронов в структуре с КЯ h-Sx-Si1_xGex опр_еделяется процессами захвата в ямы при испускании оптических внутри- и междолинных фононов и составляет т = 4.3 10 ~12 сек.
-
Токовая чувствительность и коэффициент фотоэлектрического усиления максимальны для структуры с одной КЯ.
5. Эффекты деполяризационного сдвига и уширения спектра
фотопоглощения определяют нетривиальную зависимость удельной,
обнарукительной способности D^ ФП на КЯ. в режиме 01 от
концентрации легирующей примеси. При этом, в области малых
концентраций д^ увеличивается за счет увеличения максимума квантовой эффективности т?шах, а в области больших концентраций убывает за счет уширения спектра i)(y), 6. Оптимальная концентрация легирующей примеси, .обеспечивающая максимальную обнаружительную способность, соответствует близким к максимально возможным температурам перехода в режим ОФ.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на:
I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники (Ленинград-1989),
V Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах (Калуга-19І90)» - . XII Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Киев-1990),
II научной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад 1991),
семинаре по МЛЭ (НовосиОирск-90), научной конференции МФТИ а' также на научных семинарах НИИПФ.
Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, перечисленных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из Введения, трех Глав,.Заключения и списка цитируемой литературы.
