Диод ганна Советский патент 1975 года по МПК H03B7/06 

1

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники.

Известны полупроводниковые приборы и структуры, например диод Ганна, в которых генерируются домены сильного поля. Быстро движущаяся локальная область сильного поля (домен) используется для разнообразных технических применений. В частности, важные технические примепения могут быть получены благодаря явлению лавинного умножения носителей (пробою) в сильном электрическом поле домена.

При пробое в домене генерируется электронно-дырочные пары. Их последующая рекомбинация обуславливает излучение и в условиях пробоя в домене может возникать спонтанное и стимулированное излучение. Таким образом, полупроводниковые структуры, Б которых генерируются домены сильного поля, в условиях пробоя могут быть использованы в качестве полупровод.никовых источников света.

При пробое Б домене повышается число носителей в области сильного поля. Поэтому в полупроводниковой структуре, по кото

рой движется домен, в условиях пробоя возникает областьповышенной : проводимости, с большой скоростью перемещающаяся вдол1) образца. Такая область повышенной проводимости может быть использована для целей сканирования (развертки) и считывания сигналов.

Однако поскольку в этих приборах пробой происхош1т в том же веществе, в котором формируется и движется домен сильного поля, вследствие пробоя усиливается неоднородность в распределении носителей вдоль прибвра (структуры). Как известно, неоднородность в распределении носителей резко снижает срок службы и технические характеристики приборов и структур с доменами сильного поля.

Генерация доменов сильного поля наблюдается лишь в ограниченном классе веществ. Оптические и электрические свойства этих веществ являются далеко не оптимальными с точки зрения технических приложешп уномя1гутых выше явлений, возникающих при пробое. Так, в частности, поскольку I число веществ, в которых наблюдается генерация доменов сильного ноля ограниченОд то ограничен и набор частот, которые могу генерироваться при излучении из доменао Полупрово.одик.к с узкой запрещенной зоной которые могли бы служить Б режиме пробф в домене весьма перспективными источниками излучения Б инфракрасной области (например, G-uSb .InAs , IflSb и т,д4 не могут быть использов:аны ,пля технических приложений, поскол:ь.ку. э некоторых из этих веществ домены .сильного .поля, вообще не могут возникать (G&.Sb )« а в некоторых домены возникают только в весьь экзотических и технически трудно осущест|БИМ ых условиях. Например, вГп-ДЗ домены возникают только в условиях давления, бли кого по величине к давлению, разрушакь-шему материал. В IflSb домены генерируются только в течение очень короткого времени (10-8- ек,К Известен также полугфоводншсовый при бор, состошдий из диода Ганна, покрытого слоем диэлектрика. Однако упом нутое покрытие изготавливалось из веществ с боль шим пороговым полем ударной ионизации ; {например, ВаТ1О„), 4eivj у материала Ган - . .В таких веществах не возникает ударная ионизация при движении домена сильного поля в o6pa3L.eo Таким образом упомяну1тый полупроводниковый приборз состоящий из диода Гаина. покрытого слоем диэлектрика с пороговым полем ударной конизацки большим чем у материала.; по которому движутся домены, не обладает пpeимyщecт вами перед диодом Ганна при его исполь-« зовапии в режиме пробоя в домене сильного поля„ Цель изобретения состоит в расширенгш класса веществ, в которых может наблюдаться быстро движ шаяся область сильного поля, приводящая к лавинному размножению носителей (пробою) и Б увеличении равномерности распределения носи телей в условиях пробоЯо Цель достигается путем нанесения на поверхность или часть поверхности полу- прово.цниковой структуры, в которой генерИ руются домены сильного поля, покрытия из полупроводниковог-о материала с меньшим пороговым полем ударной ио 1изации, чем у вещества, из которого изготовлена цолупровсдниковая структура. На чертеже показан полупроводниковый , прибор, содержащий попупроводпиковую . структуру, в которой генерируются домен сильного , покры.тую слоем специальпог полупроводникового или диэледтрическог-о материала. В полупроводниковой структ ре 1 с конг тактами 2 генерируется домен сильного поля 3, Сильное поле домена проникает в материал покрытия 4 за счет краевого эффекта и создает в нем область сильного ПОЛЯ 5, движуозуюся вместе с доменом 3. Характерный размер области сильного поля 5 приблизительно равен щирине домена и (в пределах этой области напряженность роля примерно равна напряженности поля в домене). В качестве материала покрытие 4 выбирается материат, с меньшим пороговым полем ударной, иони.з.ации,, чем у ве щества полупроводникоеой стрзтстуры 1. . Напряженность, в .домене сильного поля |3 и в области, сильного поля 5 зависит от напряжения смещения, поданного на контакты 2 полупроводниковой структурь;: rt от параметров полупроводниковой структуры. Упомянутые напряжения и параметры выбираются таким образом, чтобы напряженность поля в области 5 превышала порого эое поле ударной ионизации в материале цокрытия 4„ В то же время напряженность, поля в домене может быть меньше,, чем nqроговое поле ударной ионизации в веществе полупроводниковой структуры 1с Вслед-, ствие ударной ионизации в области сильного поля 5 возникает пробой в материале по- 4 Полупроводниковый прибор может выiiojoiaTb несколько . В слу-гае, если параметры прибора зыбрань; таким образом, что характерное время генерации и рекомбкнации электропно-.аь1рочных пар мало по сравпению с временем пролета через образец домена сильного иопя 3, свободные носители будут существовать только в области сильного поля 5; которая вследствие этого будет представлять собой область повышенной проводимости. В зтом сгг/чае прибор может осуществлять функцию сканирования (развертки). В обратном случае, когда характерные времена генерации и рекомбипадии пар велики по сравпению с характерны.м временем пролета сильноГО поля 85 свободные носители будут запол}1я гь весь объем покрытия 4. В таких (УСловпя.х прибор будет служить з4|фектив ным истошиком спонтанного рекомбинаин- онного излучения, Ecjm. же при этом торцы | покрытия 4 представляют собой зеркальн;/ отражающие повер.хлости и когщентрация свобоД11ых. носителей превьилает критическую концентрацию., прибор будет спуж.ить источником стимулированного излучения о ГТриме|эом осуinecTBленйя прёдлагаемоi t стройства, может служить GfAAs - диод апна( на который в качестве покрытия на

несен слой GctSb , Пороговое поле удар-, ной ионизации в GciSfe составляет примерно 30 KB/CM. В арсениде галлия пороговое поле ударной ионизации составляет примерно 20О KB/CM о В зависимости от концентра ции электронов проводимости в G-l-As , длины образца и приложенного напряжения напряженность поля в домене может изменяться от 40 до 300 KB/CM. Таким образом, изменяя режим работы диода Ганна или параметры упомянутого диода, можно получить пробой в покрытии на GaSfe различной интенсивности В условиях сильного пробоя такой прибор может служить источ6

НИКОМ инфракрасного излучения с длиной волны около 2 мкм,

Предмет изобретения

Диод Ганна. с покрытием из материала полупроводника или диэлектрика, нанесенным на боковую поверхность, отличающийся тем, что, с целью увеличения равномерности распределения носителей тока вдоль прибора при пробое в домене и расширения частотного диапазона излучения, материал покрытия имеет пороговое поле ударной ионизации меньше, чем у материала генератора.