Лавинные фотодиоды на основе твердых растворов полупроводниковых соединений A$^{\text{III}}$B$^{\text{V}}$

В. И. Корольков, М. П. Михайлова


Аннотация: Рассмотрены вопросы, связанные с изучением процессов ударной ионизации в полупроводниках A$^{\text{III}}$B$^{\text{V}}$ с целью создания высокоэффективных малошумящих фотоприемников с внутренним усилением — лавинных фотодиодов на основе этих материалов, в том числе для систем волоконно-оптической связи.
Проведен краткий анализ основных параметров, определяющих характер лавинного умножения в $p{-}n$-переходах. Рассмотрены результаты экспериментальных и теоретических исследований по изучению влияния реальной зонной структуры полупроводников A$^{\text{III}}$B$^{\text{V}}$ на процессы ударной ионизации. Отмечена важная роль побочных долин в зоне проводимости в полупроводниках типа GaAs, InP, GaSb, приводящая к зависимости коэффициентов ударной ионизации электронов от ориентации электрического поля относительно кристаллографических осей. Показано, что в лавинных фотодиодах на основе GaSb и его твердых растворов могут быть получены высокие значения отношения коэффициентов ударной ионизации дырок и электронов $\beta/\alpha$, большие коэффициенты усиления и низкий коэффициент шума за счет использования особенностей зонной структуры таких материалов. Обсуждена возможность управления отношением коэффициентов ударной ионизации носителей заряда путем подбора состава твердого раствора. Рассмотрены также некоторые детали зонной энергетической диаграммы гетеропереходов («скачки» потенциала на гетерогранице), позволяющие увеличивать отношение коэффициентов ударной ионизации.
Приводится краткий обзор литературных данных по лавинным фотодиодам на основе твердых растворов полупроводников A$^{\text{III}}$B$^{\text{V}}$ и обсуждаются перспективы дальнейшего улучшения их основных параметров.