Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [ 103 ] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

растает с температурой. Поэтому высокочувствительные детекторы длинноволнового излучения на узкозонных полупроводниках обычно работают при пониженной температуре.

12.4.2. Кремниевые р-1-л-фотодноды

До сих пор подразумевалось, что обедненный слой целиком лежит внутри л""-слоя (см. рис. 12.5). Такие приборы называются р+л-дио-ды. (При соответствующем легировании и обратной полярности он становится л+р-диодом.) Такая структура оказывается достаточно гибкой, что облегчает согласование размеров обедненного слоя с коэффициентом поглощения прн изменении напряжения смещения (см. формулу (7.6.7)). На практике удобнее использовать p-j-л-струк-туру со слаболегированиым тонким л--слоем. Обедненный слой тогда «проникает» в сильно легированный материал подложки.

Такие параметры, как оптимальная длина волны, рабочее напряжение, емкость прибора и его частотная характеристика могут быть предсказаны и уточнены в процессе изготовления p-j-л-структуры. Для примера на рис. 12.6 показано распределение электрического поля и потенциала в структуре. В приближении однородного электрического поля

Е ж VJw, (12.4.1)

Покрытие R

Si02 Металлический кольцевой , контактное)

Падающее излучение

Металлический контакт


Злектричесмое\ поле 1

li II

Потенциал


Рис. 12.6. Поперечное сеченне активной области р-(-п-фотодиода.

Здесь же показаны распределения концентрации зарядов, напряжепиости электрического поля и потенциала при обратном смещении



где Ко ~ приложенное напряжение, а - размер слаболегированного п~-слоя. Собственная емкость диода соответствует емкости плоскопараллельного конденсатора

Со -еонЛ/ш„ (12.4.2)

где А - площадь перехода, во - диэлектрическая проницаемость вакуума, г - относительная диэлектрическая проницаемость. Если 8 -= 12, Шг ~- 50 мкм и Л ~= 10- м то Ср ~= 0,2 пФ. На длине волны 0,8 ... 0,9 мкм легко можно получить квантовый выход - 0,8 и более, а темновой ток при комнатной температуре С 1 А.

12.4.3. Гетероструктурные диоды и диоды с барьером Шотки

Передмий пальцевой . нонтант

Нонтант Шаттни


.понрытие

OS пасть, подвергну тон протонной бомдар -дир.овне

.- Тыльный нонтант

Просветляющее понрытие

p*-6aAs p*-GaAlAs п-GaAs


Передний ноль-

цевой нонтант (-ve) Нантантный слой

Поглощающий слой

Тыльный нонтант

Рис. 12.7. Схематическое поперечное сечение GaAs фотодиодов, использующих: а - выпрямляющий контакт металл-полупроводник (барьер Шоткн). Понерх-иость утечки уменьшена путем пассивирования 8Юг и окружения активной области материалом, который подвергнут протонной бомбардировке; б-GaA.s/GaAlAs гетероструктура, в которой p+-GaAs частично вытравлен и излучение попадает непосредственно на прозрачный p+-GaAlAs слой



При использовании прямозонных и непрямозонных материалов вдали от порога коэффициент поглощения может быть очень большим --более 10" м-. Тогда при изготовлении диода необходимо обеспечить очень тонкий и сильно легированный (хорошо проводящий) поверхностный слой. При этом появляются трудности, обусловленные относительно высокой скоростью поверхностной рекомбинации. Большая часть рождающихся в поверхностном слое носителей рекомбииирует на поверхности, прежде чем успеет диффундировать к контактам. Следовательно, ухудшается квантовый выход. Найдено два способа преодоления этой трудности: диод с барьером Шотки (рис. 12.7, а) и гете-роструктуриый диод (рис. 12.7, б).

В диоде с барьером Шотки используется отрицательно смещенный выпрямляющий слой металл - полупроводник. Это не всегда возможно; например, в германии обратный ток возрастает слишком быстро с ростом напряжения. Конечно, пленка металла должна быть достаточно прозрачной для излучения. Практически это означает, что ее толщина не должна превышать 10 нм.

Гетероструктурные диоды больше подходят для использования в оптической связи на длинных волнах. Образующий поверхностный слой полупроводник должен иметь широкую запрещенную зону, чтобы поглощение излучения было слабым. Поглощение становится значительным при попадании света в узкозонный материал гетероструктуры, где электрическое поле максимально. Если скорость рекомбинации не слишком велика, можно получить высокий квантовый выход. Обычно работают с двумя системами, а именно

- (In Ga As P),/(In Ga As P)2/InP и

(Ga Al As Sb),/(Ga Al As Sb)/Ga Sb,

в которых можно выделить три области - поверхностный слой, дрейфовую область и подложку. В системе InGaAsP в состав поверхностного слоя может входить InP. Исследован целый ряд других вариантов такой структуры, некоторые из них обсуждаются в§ 12.2.

На рис. 12.8 показаны два типа фотодиодов с малой площадью, которые имеют хорошую характеристику в диапазоне 1,0 ... 1,5 мкм. Тройное соединение 1по,5з Gao,47 As выращивается на подложке из InP с хорошим согласованием решеток. Ширина запрещенной зоны 0,75 эВ обеспечивает длинноволновую границу на 1,65 мкм, р-га-пере-ход формируется за счет диффузии цинка. Такой диод может работать как при фронтальном, так и при тыльном освещении.

12.4.4. Фотодиоды для дянииоаолиового диапазона

В фотодиодах на непрямозбнных полупроводниках, предназначенных для детектирования излучения вблизи пороговой длины волнЫ; поглощение мало (а •< 10-* м"*) и требуются большие размеры дрей-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [ 103 ] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0011