Неинжектирующие контакты.

Для коммутации полупроводниковых приборов необходим контакт с проводниками внешних выводов. Этот контакт должен быть неинжектирующим и линейным (а не контактом Шоттки) – «омическим». Неинжектирующим является контакт сильно n⁺ - и слаболегированных n- полупроводников. Градиент носителей заряда в таком контакте меньше, чем в n-р переходе. В n⁺-слое возникает небольшой положительный заряд, а в n- слое – небольшой отрицательный заряд, что уменьшает ширину перехода и линеаризирует ВАХ. Поскольку основные носители заряда одинаковы по обе стороны перехода, не происходит инжекции и экстракции неосновных носителей заряда при прямом и обратном смещении.

Для создания омического контакта используются 2 перехода: n - n⁺ и антизапирающий n⁺ - металл при Ф_Ме < Ф_п/п .

Рис. Структура биполярных транзисторов.

Гетеропереходы

Гетеропереходом называют контакт двух полупроводников различного вида и разного типа проводимости, например, p-Ge – n-GaAs. Возможно использование структур типа n.. – n.. или p.. – p..., обладающих несимметричной ВАХ, т. е. выпрямляющими свойствами. Отличие гетеропереходов от обычного p-n перехода заключается в том, что в обычных p-n переходах используется один и тот же вид полупроводника, например, pSi - nSi. Поскольку в гетеропереходах используются разные материалы, необходимо, чтобы у этих материалов с высокой точностью совпадали два параметра: температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) и постоянная решетки. Наиболее распространенными из них являются германий Ge, арсенид галлия GaAs, фосфид индия InP, четырехкомпонентный раствор InGaAsP.

При сращивании полупроводников с различной шириной запрещенной зоны на металлургической границе перехода на зонной диаграмме образуется "пичок" дна зоны проводимости Ес. В области "пичка" (разрыва) для электронов и дырок реализуется потенциальные барьеры различной величины. (Расчеты электрического поля в этой области показывают, что его значение достигает величины E ~ 10⁶ В/см. В этом случае электронный газ локализован в узкой пространственной области вблизи металлургической границы гетероперехода.)

Условия прохождения барьеров для электронов и дырок различны: например, электроны могут накапливаться во «впадине», а затем проходить пик за счет туннельного эффекта. При подаче напряжения смещения на переход высота барьеров изменяется, однако различия в условиях движения носителей через переход сохраняются.

Рис. Зонные диаграммы гетероперехода nGe - pGaAs при положительном V > 0 и отрицательном V < 0 напряжениях. Пунктиром изображены n- p энергетические уровни в равновесных условиях V = 0.

Рис. Различие конфигураций гомо- (а) и гетеро- (b) переходов с прямым смещением.

Рис. Биполярный транзистор с гетеропереходами: В - узкозонная база p– типа In Ga Sb, широкозонные E – эмиттер и C – коллектор n –типа In Al As Sb.

Рис. Сечение биполярного транзистора.

Варьируя параметры контактирующих полупроводников, можно получать структуры с заданными электрофизическими свойствами. Очень малая ширина перехода и большая высота потенциального барьера позволяет реализовать быстродействующие переключающие n – n - диоды, лазеры, свето- диоды и транзисторы. Гетеропереходы обусловливают большие быстродействие (в 4 раза), напряжение пробоя, высокочастотную границу рабочего диапазона. Эти свойства используются для аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, приемников СВЧ и мм диапазонов, светодиодов и лазеров, солнечных элементов.

Рис. Структура органического светодиода (OLED).

Для осуществления лазера наряду с обеспечением инверсной населённости неравновесных носителей заряда за счёт сверхинжекции необходимо осуществления оптического резонатора, который обеспечивает обратную связь между источниками света или, другими словами, обеспечивает вынужденное испускание излучения.

На рисунке показана схема полупроводникового гетеролазера, в котором оптический резонатор образуется в среднем слое полупроводника за счёт отражения света от всех его границ. Это обеспечивается различием коэффициентов преломления различных слоёв полупроводника и частичным отражением света от торцов слоя (GaAs имеет n  3,3). На торцах кристалла зеркальная полировка.

(а)

(б) (в)

Рис. Многослойная структура (а), ход лучей вертикального лазера (б), изображение вертикального лазера (Vertical Cavity Surface Emmiting Laser VCSEL (в).

гетеролазер не дает остронаправленного излучения, характерного для лазеров на кристаллах рубина и т.п.?

Расходимость пучка определяется размером излучающей поверхности (апертуры) - L.