4 Рис. 4.6. Спектр межподзонного ик–поглощения ср при условии слабого рассеяния – низких температур. .5. Фотодетекторы ик–излучения

а б

Рис. 4.7. ИК-поглощение КЯ в поперечном электрическом поле.

Для создания фотодетекторов ИК–излучения в качестве активных элементов обычно используются фоточувствительные гетероструктуры типа n-GaAs/Al_xGa_1-xAs из множества изолированных одномерных КЯ или СР из КЯ. Фотопроводимость в этих структурах для электрического вектора световой волны, направленного перпендикулярно слоям гетероструктуры, возникает за счет ИК–поглощения, которое может происходить двумя способами. В первом способе спектр поглощения формируется за счет оптических переходов электронов из нижней подзоны, лежащей в КЯ, в область квазинепрерывного энергетического спектра над потенциальным барьером, где подвижность носителей велика. В этом случае за счет фотоионизации КЯ [4] наблюдается широкая полоса поглощения, край которой соответствует прямому оптическому переходу между нижнем уровнем подзоны и краем континуума (рис. 4.7 а). Во втором способе селективный (см. выше) спектр поглощения формируется за счет межподзонных оптических переходов между нижней подзоной КЯ и возбужденной с последующим туннелированием носителей заряда через потенциальный барьер в область континуума (рис. 4.7 б). Подбирая соответствующие конструктивные параметры для отдельных КЯ и СР, можно получить фотодетекторы как селективные, так и широкополосные для любых длин волн ИК–спектра.

Рис. 4.8. Способы ввода ИК–излучения в фотоприемники с КЯ:

а – через скошенный торец подложки;

б – с помощью дифракционной решетки.

Цифрами обозначены: 1 – подложка; 2 - фоточувствительная структура с КЯ;

3 – дифракционная решетка.

В связи с тем, что рассматриваемое ИК–поглощение зависит от степени поляризации излучения относительно нормали к квантовым слоям, описанные фотоприемники должны содержать специальные приспособления, поляризующие падающий свет требуемым образом [1]. Для этого существуют два основных способа. Свет может направляться в фоточувствительную структуру под углом через скошенный торец подложки (рис. 4.8 а). В другом варианте свет проходит через подложку по нормали, а должную поляризацию приобретает после отражения от дифракционной решетки, специально нанесенной на верхнюю поверхность структуры (рис.4.8 б).

Альтернативное решение проблемы поляризации, позволяющее избежать описанных выше конструктивных усложнений, возможно при создании фоточувствительных структур или из полупроводников с анизотропным энергетическим спектром электронов в зоне проводимости или из гетероструктур GaAs/Al_xGa_1-xAs р-типа. В первом случае за счет электрического поля нормально падающей световой волны, электроны получают дополнительный импульс, перпендикулярный вектору электрического поля световой волны, что эквивалентно изменению этого импульса в поляризованном свете. Во втором случае, который используется на практике, фоточувствительность при нормальном падении света обеспечивается сложным энергетическим спектром валентной зоны алмазоподобных полупроводников, состоящей из подзон легких и тяжелых дырок. [18].