Элементы и устройства оптоэлектроники. Самохвалов М.К. - 31 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

УлГТУ | Ульяновск

Составители: 

Рубрика: 

30
тона должна быть не меньше ширины запрещенной зоны.
Необходимо учиты-
вать, что для полупроводников в сильном электрическом поле проявляется эф-
фект Франца–Келдыша, приводящий к уменьшению ширины запрещенной зо-
ны Е
g
(Е). Для примесного поглощения энергия фотонов должна быть не мень-
ше глубины залегания примесного уровня в запрещенной зоне. Количественное
описание процессов поглощения света проводится с использованием закона Бу-
гера-Ламберта. Если величина светового потока, падающего на полупроводник
- Ф
о
, то на глубине х его величина составляет - Ф(х). Изменение величины све-
тового потока на расстоянии dx составляет dФ/dx = α*Ф(x), где α коэффициент
поглощения света
Тогда dФ/Ф = -α*dx, т.е. световой поток спадает по экспо-
ненте вглубь полупроводника Ф(х) = Ф
о
*exp(-α*x). Величина, обратная коэф-
фициенту поглощения, – х* называется длиной поглощения света (Ф(х*) =
Ф
о
/e). При собственном поглощении величина коэффициента поглощения зна-
чительна α = 10
5
см
-1
, а длина поглощения очень мала х* = 0,1 мкм. Для при-
месного поглощения значения этих параметров зависят от концентрации при-
меси, для N = 10
17
см
–3
; α = 10 см
–1
; х* = 0.1 см. Для 1,2,3 (рис. 12а) механизмов
поглощение сопровождается изменением количества свободных носителей, т.е.
изменением проводимости и тока. В фотоприемниках обычно используется
собственное поглощение. Примесное поглощение используется редко, напри-
мер, для расширения спектральной характеристики в длинноволновой области.
Экситонное – 5 и внутрицентровое – 4 поглощение, а также поглощение сво-
бодными носителями - 6, поглощение кристаллической решеткой – 7 в фото-
приемниках практически не используется.
Внутренний фотоэффект в полупроводниках характеризуется квантовым вы-
ходом η
1
, т.е. числом неравновесных носителей (пар), создаваемых каждым по-
глощенным фотоном. Чувствительность фотоприемника зависит от скорости
генерации G, которая зависит от величины квантового выхода η
1
. Получим вы-
ражение для скорости генерации носителей. Пусть на единичную площадку
приемника по направлению х перпендикулярно поверхности падает поток из-
лучения, имеющий плотность Ф
1
(x). Изменение плотности потока с расстояни-
ем - dФ
1
/dx = - α*Ф
1
(x). Тогда выражение для энергии, поглощенной в единич-
ном объеме на толщине dx - dФ
1
= - α*Ф
1
(x)*dx. Число фотонов Q
1
, поглощен-
ных за 1 секунду в единичном объеме на глубине х, Q
1
= α*Ф
1
/hν. Число нерав-
новесных носителей, возникающих за 1 с в единичном объеме, G(x) = η
1
*Q
1
=
η
1
*α*Ф
1
(x)/hν. В области собственного поглощения η
1
= 1, тогда Q
1
∼ 1/ν. Если
величина светового потока постоянна, скорость генерации носителей G падает
с ростом частоты излучения, фототок ∼ G ∼ 1/ν. В одних типах приемников (на-
пример, фотодиоды) J
Ф
определяется величиной произведения G(x)*V (V - объ-
ем материала). В других типах (лавинный фотодиод, фоторезистор, фототран-
зистор) - I
Ф
= e*G(x)*Z(E), где Z(E) – коэффициент усиления, зависящий от
электрического поля (Z - 10
2
-10
6
).
Чувствительность фотоприемника определяется тем, на сколько сильно из-
меняются его электрические характеристики при облучении светом, т.е. зависит
от квантового выхода и коэффициента усиления.

Страницы