Полупроводниковый фотоэлемент Советский патент 1977 года по МПК H01L31/08 

I

Изобретение относится к полупроводниковым селективным . преобразователям световой энергии в электрическую (к селективным полупроводниковым фотоприемникам) и может быть использовано для избирательной регистрации светового излучения только определенного спектрального состава, например для выделения красного света из видимого спектра.

Известна конструкция селективного фото- элемента на основе полупроводникового криоталла с р - л -гетеропереходом, одна из областей ( р ) которого выполнена из полупроводника постоянного химического состава, а другая ( 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 для разделения электронно-дырочных пар, генерируемых светом в кристалле. Спектральная избирательность в известной конструкции достигается только за счет пропускания к р -п- гетеропереходу света с

энергией фотонов, примерно равной ширине запрещенной зоны на поверхности, кристалла.

Однако известный фотоэлемент имеет низкую фоточувствительность того, что. некоторая часть света поглощается у поверхности кристалла вдали от р -«t -пер&хода. |Пот1Ытка увеличить фоточувствительность за счет увеличения ширины запретной зоны на поверхности кристалла,приводит к реэ кому у1у1еньшению избирательности фотоприе ника за счет появления фоточувствнтельности при энергиях фотонов, больших ширины запрёт ной зоны областг, вьшолненной из полупро водника Постоянного химического состава.

Цель изобретения - увеличение селективной фоточувствительности фотопрйемника при сохранении высокой, спектральной избирательности.

Цель достигается тем, что предлагаемый селективный фотоэлемент выполняется из варизонного кристалла, так что ширина за№ ретной зоны его монотонно изменяется в направлении, перпендикулярном к плоскости р -п-перехода.

В предлагаемой конструкции фотоэлеме та освещаемой поверхностью является поверхность с максимальной шириной запретной зоны. В этом случае свет эффективно поглощается вблизи перехода (свет с энергией фотонов hV , близкой к ширине запретной зоны в области р, - п - перехода) и практически не поглощается вблизи поверхности. В результате почти все неосновные носители списобны достичь р -п.-перехода и создать фототек.

Таким образом достигается высокая фоточувствительность f преобразователя для света с энергией фотонов h.V- h.fj-E Свет, имеющий энергию фотонов,отличную от hV , поглощается вдали от р - п -перехода и практически не участвует в создании фототока. Таким образом достигается высокая спектральная избирательность пр образоваTejm..

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый фотоэлемент; на фиг, 2 графики, поясняющие 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 .

Предлагаемый фотоэлемент содержит по- лупро1зодниковый кристалл 1 с переменной шириной запретной зоны и омические контакты 2, 3 к п.- и р -областям.

Наличие градиента ширины запретной зоны (фиг. 2, а) позволяе сконцентрировать поглощение света на некоторой .глубине в кристалле. Глубина, на которой свет интенсивно

поглощается, в конкретном кристалле зависит от энергии падающих фотонов. Так как полупроводниковый кристалл интенсивно поглощает свет с энергией фотонов, близкой к

ширине запретной зоны, то поглощение света происходит на той глубине, где энергия фотонов К близка к ширине запрещешшй зоны Eg . Максимум спектральной чувствительности получается для 9о

Ego энергия Ес в р - п -переходе. Спектральная ширина полосы фоточувстви- тельности зависит от соотнощения межмУ дпффyзиoнны и длинами носителей тока by -t-Lp и шириной L области поглощения.

Ширина области поглощения уменьшается с увеличением градиента Е о , поэтому фоточувствительность и спектральная избирательность зависят от градиента Eg . Селективный фотоэлемент может быть

изготовлен на основе твердых растворов А , в которых шир1ша запрещенной зоны монотонно изменяется по толщине кристалла.

Вариации глубины залегания 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 полуширина

спектральной характеристики составл5ша 0,05-0,1 эВ. Квантовая фоточувствителыность в этих преобразователях достигала 0,7. ,

Формула изобретения

Полупроводниковый фотоэлемент на основе твердь;х растворов переменного химического состава, отличающийся тем, что, с целью повышения селективной чув-ствительности, он выполнен на основе вариозного кристалла.

/N

Фиг. 1

fffo

J

Z

d

H.

Л)

(раг.2

а 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 Фиг.З