SU448821A1

SU448821A1 - Semiconductor photocell

Info

Publication number: SU448821A1
Application number: SU7201767239A
Authority: SU
Inventors: Б.В. Царенков; А.Н. Именков; Ю.П. Яковлев
Original assignee: Ордена Ленина Физико-Технический Институт Им. А.Ф.Иоффе Ан Ссср
Priority date: 1972-04-03
Filing date: 1972-04-03
Publication date: 1977-08-25

Description

II

Изобретение относитс к полупроводниковым селективным . преобразовател м световой энергии в электрическую (к селективным полупроводниковым фотоприемникам) и может быть использовано дл избирательной регистрации светового излучени только определенного спектрального состава, например дл выделени красного света из видимого спектра .This invention relates to semiconductor selective. converters of light energy into electrical energy (to selective semiconductor photodetectors) and can be used to selectively register light emission from only a certain spectral composition, for example, to emit red light from the visible spectrum.

Известна конструкци селективного фото- элемента на основе полупроводникового криоталла с р - л -гетеропереходом, одна из областей ( р ) которого выполнена из полупроводника посто нного химического состава, а друга ( тх) - из полупроводника переме ного химического состава, так что ширина запретной зоны Eg максимальна на границе р - п -гетероперехода и минимальна на. поверхности и равна ширине запретной зоны р -области. Т -п гетероперехода кристалле служит дл разделени электронно-дырочных пар, генерируемых светом в кристалле. Спектральна избирательность в известной конструкции достигаетс только за счет пропускани к р -п- гетеропереходу света с The design of a selective photocell based on a semiconductor cryotall with a p - l - heterojunction, one of the regions (p) of which is made of a semiconductor of a constant chemical composition, and the other (mx) of a semiconductor of a variable chemical composition, is known. Eg is maximal at the boundary of the p - n heterojunction and minimal at. surface and is equal to the width of the restricted area of the p-region. The T -n heterojunction crystal serves to separate the electron-hole pairs generated by the light in the crystal. The spectral selectivity in a known construction is achieved only by passing light to the p – p heterojunction with

энергией фотонов, примерно равной ширине запрещенной зоны на поверхности, кристалла.photon energy, approximately equal to the width of the forbidden zone on the surface of the crystal.

Однако известный фотоэлемент имеет низкую фоточувствительность того, что. некотора часть света поглощаетс у поверхности кристалла вдали от р -«t -пер&хода . |Пот1Ытка увеличить фоточувствительность за счет увеличени ширины запретной зоны на поверхности кристалла,приводит к реэ кому у1у1еньшению избирательности фотоприе ника за счет по влени фоточувствнтельности при энерги х фотонов, больших ширины запрёт ной зоны областг, вьшолненной из полупро водника Посто нного химического состава.However, the known photocell has a low photosensitivity of that. some of the light is absorbed at the surface of the crystal far from the p - "t -per & stroke. Increasing the photosensitivity by increasing the width of the forbidden zone on the crystal surface, leads to a decrease in the selectivity of the photocurrent due to the appearance of photosensitivity at photon energies greater than the width of the projectile region from the Permanent Chemical Composition.

Цель изобретени - увеличение селективной фоточувствительности фотопрйемника при сохранении высокой, спектральной избирательности .The purpose of the invention is to increase the selective photosensitivity of the photo-receiver, while maintaining high spectral selectivity.

Цель достигаетс тем, что предлагаемый селективный фотоэлемент выполн етс из варизонного кристалла, так что ширина за№ ретной зоны его монотонно измен етс в направлении, перпендикул рном к плоскости р -п-перехода.The goal is achieved by the fact that the proposed selective photocell is made of a graded-gap crystal, so that the width of the rear zone of its region monotonously varies in the direction perpendicular to the p – n junction plane.

В предлагаемой конструкции фотоэлеме та освещаемой поверхностью вл етс поверхность с максимальной шириной запретной зоны. В этом случае свет эффективно поглощаетс вблизи перехода (свет с энергией фотонов hV , близкой к ширине запретной зоны в области р, - п - перехода) и практически не поглощаетс вблизи поверхности. В результате почти все неосновные носители списобны достичь р -п.-перехода и создать фототек.In the proposed photocell design, the illuminated surface is a surface with a maximum forbidden zone width. In this case, the light is effectively absorbed near the transition (light with a photon energy hV close to the width of the forbidden zone in the region of the p, - n - transition) and is practically not absorbed near the surface. As a result, almost all non-core carriers are listable to reach the p-junction and create a photocurrent.

Таким образом достигаетс высока фоточувствительность f преобразовател дл света с энергией фотонов h.V- h.fj-E Свет, имеющий энергию фотонов,отличную от hV , поглощаетс вдали от р - п -перехода и практически не участвует в создании фототока . Таким образом достигаетс высока спектральна избирательность пр образоваTejm ..Thus, a high photosensitivity f of the converter for light with photon energy h.V-h.fj-E is achieved. Light having a photon energy other than hV is absorbed far from the p - n junction and practically does not participate in the creation of the photocurrent. Thus, a high spectral selectivity of the preformed TeJm is achieved.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый фотоэлемент; на фиг, 2 графики, по сн ющие работу фотоэлемента (а - зависимость ширины запретной зоны Eg от координаты 2 , б, в и г - соответственно зависимость от координаты 2 скорости генорации электронно дьгрочных пар светом с энергией фотонов hVp , близкой к ширине запретной зоны в р - п -переходе, с h. и с .УО ; д - спектр фоточувствителс ности фотоэлемента);на фиг. 3 - график зависимости квантовой фоточувствительности фотоэлемента Ют энергии фотонов h.V .FIG. 1 schematically shows the proposed photocell; Fig. 2 graphs explaining the operation of the photocell (a - dependence of the forbidden zone width Eg on coordinates 2, b, c and d respectively the dependence on coordinate 2 of the generation rate of electron-pair pairs with light with photon energy hVp close to the width of the forbidden zone in p - n-junction, with h. and with .UO; d - photosensitivity spectrum of the photocell); FIG. 3 is a graph of the quantum photosensitivity of the UT photocell depending on the photon energy h.V.

Предлагаемый фотоэлемент содержит по- лупро1зодниковый кристалл 1 с переменной шириной запретной зоны и омические контакты 2, 3 к п.- и р -област м.The proposed photocell contains a semiconductor crystal 1 with a variable width of the forbidden zone and ohmic contacts 2, 3 to the sub- and p-region of m.

Наличие градиента ширины запретной зоны (фиг. 2, а) позвол е сконцентрировать поглощение света на некоторой .глубине в кристалле . Глубина, на которой свет интенсивноThe presence of the gradient of the width of the forbidden zone (Fig. 2, a) allows to concentrate the absorption of light at a certain depth in the crystal. The depth at which the light is intense

поглощаетс , в конкретном кристалле зависит от энергии падающих фотонов. Так как полупроводниковый кристалл интенсивно поглощает свет с энергией фотонов, близкой кabsorbed, in a particular crystal depends on the energy of the incident photons. Since the semiconductor crystal intensively absorbs light with a photon energy close to

ширине запретной зоны, то поглощение света происходит на той глубине, где энерги фотонов К близка к ширине запрещешшй зоны Eg . Максимум спектральной чувствительности получаетс дл 9о the width of the forbidden zone, the absorption of light occurs at the depth where the photon energy K is close to the width of the forbidden zone Eg. Maximum spectral sensitivity is obtained for 9 °

Ego энерги Ес в р - п -переходе. Спектральна ширина полосы фоточувстви- тельности зависит от соотнощени межмУ дпффyзиoнны и длинами носителей тока by -t-Lp и шириной L области поглощени .Ego EC energy in p - n junction. The spectral width of the photosensitivity depends on the ratio between the separation factors and the carrier lengths by -t-Lp and the width L of the absorption region.

Ширина области поглощени уменьшаетс с увеличением градиента Е о , поэтому фоточувствительность и спектральна избирательность завис т от градиента Eg . Селективный фотоэлемент может бытьThe width of the absorption region decreases with increasing gradient of E o, therefore the photosensitivity and spectral selectivity depend on the gradient of Eg. Selective photocell can be

изготовлен на основе твердых растворов А , в которых шир1ша запрещенной зоны монотонно измен етс по толщине кристалла.made on the basis of solid solutions A, in which the width of the forbidden zone monotonically varies through the thickness of the crystal.

Вариации глубины залегани р - п -перехода в варизонном кристалле и ширины запретной зоны позволили получить фотоэлементы с максимальной спектральной чувствительностью в интервале энергий фотонов 1,4-1,9 эВ. При этом полуширинаVariations in the depth of the p – n junction in the graded-gap crystal and the width of the forbidden zone allowed us to obtain photocells with maximum spectral sensitivity in the photon energy range of 1.4–1.9 eV. In this half width

спектральной характеристики составл5ша 0,05-0,1 эВ. Квантова фоточувствителыность в этих преобразовател х достигала 0,7. ,spectral characteristics were 0.05-0.1 eV. The quantum photosensitivity in these converters reached 0.7. ,

Claims

Invention Formula

A semiconductor photocell based on a solid; x solutions of varying chemical composition, characterized in that, in order to increase the selective sensitivity, it is made on the basis of a varios crystal.

/ N

FIG. one

fffo

J

Z

d

H.

L)

(par.2

oj

0.6

0.5

I

i ..; ..,:,.,.,:

P

0 .:

0.2

o.i

fi

/, j 1,

/, 5 1.ff f, 7 f, 8

1.9 2.0 Fig.Z