вышавщих 4 В, возникали обычные ганновские осцилляции. При полярности противоположного знака (кривая 2 рис. 6.1,6) ганновские колебания не возникали ни при каких напряжениях смещения При f/o 4 В, когда ток возрастает с ростом «апряженйя супсрлиней-по, образец служит источником излучения с длиной волны -порядка I .мкм. Интенсивность излучения резко возрастает с увеличением напряжения смещения. При t/ J5 6 В образец «переключался» в состояние с высокой проводимостью (S-образный тип .переключения). Такое переключение было необратимым. При противоположной полярности смещения, соответствующей кривой 1 на рис. 6.1,6, излучение яе наблюдалось вплоть до значений С7ж10 В.

Авторы предполагают, что выбранный ими способ нанесения металлического контакта приводит к образованию в узкой области вблизи контакта слоя повышенного сопротивления. Когда анодам служит металлический контакт (кривая 2 рис. 6.1,6), этот слой способствует формированию у анода области сильного поля. Поле в прианодной области может стать достаточным для генерации электронно-дырочных пар, рекомбинация которых обусловливает наблюдавшееся излучение. Так как подавляющая часть приложенного напряжения падает в прианодной области, поле вие домена остается ниже пороговой величины и ганновская генерация поэтому не возникает.

в работе [6] средняя по времени вольт-амперная характеристика диода Ганна исследовалась при различных последовательно включенных с диодом резисторах. Активной областью диода служила эпитаисиальная пленка толщиной 10 мкм с /1о=3-105 cм- выращенная на высоколегированно!! подложке. Площадь поперечного сечения образца составляла приблизительно 100 мкм. Использовались сплавные Ge-Au контакты. Диод, помещенный в волновод, соответствующий 3-ом диапазону длин волн, генерировал мощность 100 мВт в непрерывном режиме с к. п. д., равны 2,5%. iB том же диоде, размещенном на конце 50-Ом коаксиальной линии, колебания не возбуждались.

Статическая вольт-амперная характеристика для этого случая показана на рис. 6.1,в, кривая /. Из рисунка видно, что, когда напряжение на образце достигает порогового значения Ut, диод переключается из омического состояния в другое стабильное (высоко-омное) состояние, характеризующееся большим падением напряжения и меньшим током !(М-образный тип переклю-

чения). Из рис. 6.1,в, видно также, что когда нагрузкой служит резистор с сопротивлением 25 Ом, то высокоо.мное состояние характеризуется меньшим током, чем для 50-Ом нагрузки. При увеличении иапряжения до 10 В вольт-амперная характеристика становилась S-образной. Время перехода из о.миче-ского состояния в «вькокоомное» составляет около 100 пс [6].

Автор предполагает, что наблюдаемые явления служат косвенным доказательством высказанной им несколько ранее идеи о возможности возникновения при определенных условиях области сильного поля у анода (см. работу ![7)J. Когда сформпровавшинся домен сильного поля достигает анода, он в зависимости от ряда условий может или исчезнуть (как это обычно и происходит в случае, когда наблюдаются ганновские осцилляции) или, если характерное-время изменения параметров домена "Сц (п. 3.5.3) меньше, чем время ухода в анод, преобразоваться в стационарный домен сильного поля у анода. В этом случае поле в остальной части образца меньше порогового и второй домен не возникает. При дальней-швлм Повышении напряжения поле в стационарно.м домене у анода достигает достаточно большой величины и возникает ударная ионизация, обусловливающая возникновение З-образНОЙ характеристики (рис. 6.1,в).

В работе [8] было исследовано большое число образцов, изготовленных из GaAs с концентрацией электронов при комнатной температуре 3 • 10* ... ... Ю*** смз PJ подвижностью 3000 ... ... 7000 ом/В • с. При.меняя различные способы изготовления контактов, авторы. наблюдали, в частности, различные типы средних по времени вольт-амперных характеристик. В качестве при.мера в работе приводится вольт-амперная .характеристика для образца, изготовленного из GaAs с /;о~10= tcM- -и хол-ловской подвижностью цнж4700см-/ВХ Хс (рис. 6.:1,г). При полярности напря-н\ения смещения, соответствующей кривой 1 на рис. 6.1,г, осцилляции тока в резистивной цепи не возникают и образец стабилен при любом значении Ец. Однако при подключении к резонансному контуру он возбуждает колебания на частоте цепи во всем диапазоне частот, исследованном в [8], т. е. от 0,1 до 8,2 ГГц *). На участке насыщения тока зондовые измеренпя обнаруживают з образце область очень сильного прикатод-

Поведение диодов с различными типами контактов в резонансной цепи подробно исследовано теми же авторами в работе 1[9].

йоге падения потенциала. При противоположной полярности смещения (кривая 2) в образце при £0, большем, чем значение, отмеченное на кривой кружкам, возникали ганновские осцилляции небольшой амплитуды. Зондовые измерения указывали на присутствие в образце области шрякатодного падения потенциала при £с!>2,5 кВ/см. Однако амплитуда поля в стационарном домене у катода была в этом случае значительно меньше, чем при полярности, соответствующей кривой / на рис. 6.1,г.

Особая важность типа катодного контакта была продемонстрирована в работе [8] следующим образом. Площадь поперечного сечения образца, характеристики которого приведены на рис, 6.1,г, была уменьшена приблизительно в 10 раз в районе от одного из контактов до, приблизительно, половины образца. При этом активной областью служила только область с уменьшенной площадью. Характер контакта, с одной стороны, пе изменился, а с другой стороны, там, где активная область граничила с GaAs большей площади, возник «низкоомный омический контакт», яижекция из которого была исключена. При этом, когда неизменившийся контакт служил катодом (такая полярность смещения соответствовала кривой / рис. 6.1,г), характер вольт-амперпой характеристики практически не Езменился. .При изменении полярности напряжения смещения вольт-амперная характеристика была линейна в,плоть до значительно больших значений плотности тока (кривая <? рис. 6.1,г). Ганновские осцилляции при этом не возникали *>. Зондовые измерения показали, что у анодного контакта существовала стационарная область сильного поля. В других- образцах со сходным типом катодного контакта возникали ганновские осцилляции тока с большой амплитудой, причем движущийся домен зарождался В объеме образца на достаточно большой неоднородности, связан-

Катод

Анод

*) Заметим, что если определить дрейфовую скорость электронов v при EuEt (кривые / и 2 на рис. 6.1,г), используя соотношение vj/qtio, то мож.но было бы прийти к ошибочному заключению относительно величины максимальной дрейфовой скорости vt. (Значение vt, рассчитанное по кривой 3, равно приблизительно 1,7-10 см/с, что также несколько меньше, чем истинное значение Vt в GaAs - гл. 2.) Таким образом, разброс в установленных в ранних эксперимен-так значениях Vt (рис. 2.7) может частично объясняться влиянием контактов.

Рис. 6.2. Распределение поля вдоль

образца {10\: 1 - при напряжении на образце 0,8 В; 2 - после переключения при напряжении на

образце 14 В.

НОЙ с флуктуацией примеси. В некоторых образцах при слабом увеличении смещения ганновские осцилляции в образце исчезали, а у анода возникал стационарный домен сильного поля.

В работе flO] исследовались эпитак-сиальные ганновские диоды, имевШИе форму ге++-п-я+-структур (рис. 6.2). Концентрация электронов в активной ге-области составляла 3-10 см-. Когда контакт «+-типа служил анодом, в образце при поле, большем 3 кВ/см, возникали обычные ганновские осцилляции. При дальнейшем повышении напряжения образец «переключался» в состояние с высокой проводимостью (S-образный тип переключения). При это.м колебания тока исчезали.

Па рис. 6.2 показано распределение потенциала вдоль образца, измеренное с помощью резистивпого зонда при напряжении, значительно меньшем порогового (кривая /), а также распределение потенциала вдоль образца после переключения (кривая 2). Измерения в слабом поле указывают на то, что .концентрация электронов вблизи ге+-контакта несколько больше, чем в глубине активной области *). После переключения (кривая 2) большая часть приложенного напряжения падает в узкой области (около 5 мкм) вблизи «+-контакта. Оценка величины поля в этом стационарном домене показывает, что Е> >6-104 В/см (точность оценки опреде-

*) Наличие градиента концентрации прнмеси в направлении от подложки в глубь активной области весьма характерно для диодов, полученных с помощью эпитаксиалыюй технологии.

£.кЕ/см 20 г-

£,ке/си го г

Катод

U2SB

40 JO X,мкм о

Анод \

20 SO 40 SOx.MKi-}

Рис. 6.3. Pacnpede.iemie поля в образце с n:i=8-10 см.- (\ii~7000 см/В-с) для различных напряжений смещения [10]. Рисунки а и б соответствуют противоположны. полярностям приложенного напряжения.

ляется разрешающей способностью зонда, равной приблизительно 1,5 мкм). В остальной части образца поле не превышает 100 В/см. Захметим, что в отличие от S-обазиого типа переключения, рассмотренного в.[5], в данном случае переключению предшествуют ганновские осцилляции, и оно не сопровождается необратимыми изменениями.

В работе {10] исследовались также образцы со эначительно меньшей концентрацией носителей и вплавиымн контактами In-Au. В таких образцах переключения не обнаруживалось. С увеличением приложенного папряженияток в них возрастал суперлинейно. При некотором напряжении (от 25 до 70 В для образцов длиной 60 мкм) ток начинал еще более резко возрастать с увеличением смещения. При этом с помощью зонда было обнаружено появление у анода области сильного поля (рис. 6.3). По данным измерений в слабом поле {U-5 В) видно, что концентрация

электронов в образце у одного из контактов выше, чем в остальной части диода. Когда эта сильнолегировзнная область служила анодом, ток в образце начинал резко возрастать при напряжении около 50 (В. При этом максимальное поле в домене было порядка 2-10 В/см (рис. 6.3,а). Когда эта же область служила катодом, резкое возрастание тока отмечалось уже прп напряжении и = 25 В. При этом величина макси.мального поля в до.мене также была приближенно равна 2-10 В/см (рис. 6.3,6).

В работе [10] отмечается, что оценка максимального поля в прианодиых областях из-за сравнительно низкой разрешающей способности зонда дает, возможно, сильно заниженные результаты. Не исключено, что в действительлости .максимальное поле порядка 10° В/см и наблюдаемые явления объясняются генерацией электронно-дырочных пар в области сильного поля.

61.4. Влияние неоднородностей

Еще в работе [1] Ганн высказал лредположе;1ие о том, что при наличии в образце большой иеодяородности на ней может зарождаться домен. Позднее справедливость этого предположения была подтверждена экспериментально как самим Ганном [11], так и целым рядом других работ [8, 12, 13]. Как правило, домен зарождается па неоднородности с удельным сопротивление.м, большим, чем среднее по образцу. Если в образце имеется несколько неоднородностей, которые могут служить центрами зарождения, то домен может случайным образом зарождаться то на одной, то на другой неоднородности. Колебания тока в этом случае будут не-когерентньши [И].

Если в образце имеется неоднородность с сильно повышенной концентрацией электронов, напряженность поля в области этой неоднородности может упасть до значения, недостаточного для поддержания стабильного до.мена. В этом случае домен рассасывается иа такой неоднородности, не доходя да анода *).

Если изменения проводимостн з области неоднородности не слншко:.: ве-

*) В экспериментах по созданию об-части повышенной проводимости светом (§ 5.4) для гашения домена оказывалось :зеобходимым увеличение проводп.мости 3 области неоднородности примерно 3 два раза.