Полупроводниковый фотоэлемент
О П И С А Н И Е и14 ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистии вских Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.04.72 (21) 1767239/26-25 (5)) М, Кл. Н 01 т 31/08 с присоединением заявки №(23) Приоритет(43) Опубликовано 25.08.77.Бюллетень №31 (45) Дата опубликования описания 26.09.77 Гооударстееииый комитет Совета Мииистроа СССР оо делам изооретеиий и открытий (53) УДК,621.383: :621.317,6 (088,8) (72) Авторы изобретения Б. В. Царенков, А, Н, Именков и Ю. П, Яковлев Орде, 1енина физико технический институт им. А. Ф. Иоффе (71) Заявитель Изобретение относится к полупроводниковым селективйым преобразователям световой энергии в электрическую (к селективным полупроводниковым фотоприемникам) и может быть использовано для избирательной регист рации светового излучения только определенного спектрального состава, например для выделения красного света из видимого спект ра. Известна конструкция селективного фотоэлемента на основе полупроводникового крио» талла с т - тъ -гетеропереходом, одна из областей (p ) которого выполнена из полупроводника постоянного химического состава, а другая (n ) - из полупроводника переменного химического состава, так что ширина запретной зоны Eq максимальна на границе р и -гетероперехода и минимальна на. поверхности и равна ширине запретной зоны 1 - области. Р— тт гетеропереход в 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 I 2 энергией фотонов, примерно равной ширине запрещенной зоны на поверхности кристалла. Однако известный фотоэлемент имеет низкую фоточувствительность иэ-за того> что, некоторая часть света поглощается у поверхности кристалла вдали отр - e перехода.;Попыткаувеличитьфоточувствительность - 1 за счет увеличения ширины запретной эоны на поверхности кристалла, приводит к рез ð кому уменьшению избирательности фотоприем ника за счет. появления фоточувствительности при энергиях фотонов, больших ширины эапре ной зоны областг, выполненной из полупроводника постоянного химического состава. 15 Цель изобретения — увеличение селективной фоточувствительности фотоприемника при сохранении высокой спектральной избиратель ности, Цель достигается тем, что предлагаемый селективный фотоэлемент выполняется иэ варизонного кристалла, так что ширина аап» ретной зоны его монотонно изменяется в направлении, перпендикулярном к плоскости $ - -n-перехода. рб В предлагаемой конструкции фотоэлемеи 448821 3 та освещаемой поверхностью является поверхность с максимальной шириной запретной зоны. И этом случае свет аффективно поглощаетгя вблизи перехода (свет с анергией фотонов h, близкой к ширине запретной зоны в области p - и - перехода) и практически не поглощается вблизи поверхности, И результате почти все неосновные носители способны достичь Р -а -перехода и создать фототок. Таким образом достигаетсч высокая фоточувствительность преобразователя для света с энергией фотонов kV=- о =Eg. Свет, имеющий энергию фотонов, отличную от 49ð, поглощается вдали от р - п -перехода и практически не участвует в создании фототока. Таким образом достигается высокая спектральная избирательность преобразователя. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый фотоэлемент; на фиг. 2 графики, поясняющие работу фотоэлемента (a - зависимость ширины запретной зоны Е от координаты, б, в и r - -соответственно зависимость от координаты Е скорости ген» рации электронно-дырочных пар светом с энергией фотонов bV+, близкой к ширине запретной зоны в p - rc -IIepexoae, с 4.1 17М, и с hV> (Мэ, д - спектр фоточувствител ности фотоэлемента) на фиг. 3 - график зависимости квантовой фоточувствительности фотоэлемента . от энергии фотонов h 4 Предлагаемый фотоэлемент содержит полупроводниковый кристалл 1 с переменной шириной запретной зоны н омические контакты 2, 3 к и- и р -областям. Наличие градиента ширины запретной зоны (фиг. 2, a) позволяет 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 гроисходит на той глубине, где энергия фотонов О близка к ширине запрещенной зоны Eg . Максимум спектральной увст» вительности получается для h.V =E где мо> Eq - энергия E у в p - и -переходе, Спектральная ширина полосы фоточувствительности зависит от соотношения меж, у диффузионньв и длинами носителей тока L < L p и шириной L области поглощения. )5 Ширина области поглощения уменьшается с увеличением градиента Е q поэтому фоточувствительность и спектральная избирательность зависят от градиента Е . Селективный фотоэлемент может быть 20 изготовлен на основе твердых растворов М &сх,„-As, в которых ширина запрещенной зоны монотонно изменяется по толщи не кристалла, Вариации глубины залегания р - n -ne25 рехода в варизонном кристалле и ширины запретной эоны позволили получить фотоэлементы с максимальной спектральной чувствительностью в интервале энергий фотонов 1,4-1,9 эИ. При атом полуширина 30 спектральной характеристики .составляла 0>05-0,1 аИ. Квантовая фоточувствительность в атих преобразователях достигала 0,7. Форм ула изобретения 35 Полупроводниковый фотоалемент на основе твердых растворов переменного химического состава, о т л и ч а .ю шийся тем, что, с целью повышения селективной чув ствительности, он выполнен на основе вари40 озного кристалла, 448821 Составитель Г. Корнилова Редактор И, Орлова Текред В, Куприянов Корректор Л. Небола Эаказ 3106/54 Тираж 876 Подписное БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
