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]

Анализ существенно упрощается, если можно считать, что лавина возбуждается в области с однородным электрическим полем. Тогда aft и а не зависят от jc, и выражение(13.1.10) приобретает вид

---

\ - ае\ ехр I -(1 - fe) ал;] л; о

1

1 ~-Ц- (l exp(-(l-fe) aew]] (\-k)

-exp[-(\-k)aM-k- (13.1.13)

Тогда при k-\, Me 1/(1 - аоу).

13.1.3. Экспериментальное поведение

При напряжении, близком к пробойному Кцроо когда и а удовлетворяют условию (13.1.11), рост Mg и I ограничивается двумя факторами. Во-первых, это последовательное сопротивление полупроводника Rs между переходом и выводами диода. Во-вторых, это рост температуры, связанный с увеличенным выделением тепла при возрастании тока. При этом уменьшаются а и а и увеличивается пробойное напряжение. Одновременно возрастает скорость тепловой генерации носителей и темповой Ток. Коэффициент умножения связан с приложенным напряжением V

- ll-(V-/l?)/K„po6l" (••>

где R - Rs + Rt - сумма сопротивления полупроводника Rs и сопротивления Rt, обусловленного ростом температуры. Степенной показатель п зависит от конструкции и материала диода. Некоторые типичные зависимости М (V) для кремниевого лавинного фотодиода показаны на рис. 13.4, б.

ил. УСТРОЙСТВО ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ

в лавинных диодах, как и в нелавинных приборах, необходимо добиться максимальной квантовой эффективности, и все высказанные в § 12.3 требования остаются существенными. Кроме того, важно, чтобы умножение носителей в сечении освещенной регистрируемым излучением площади оставалось однородным. Должны использоваться высококачественные материалы практически без дефектов и дислокаций, в противном случае образующиеся локальные повышения электрического поля приведут к образованию преждевременной лавины или мик. роплазмы. Образование микроплазмы может происходить даже и в со-



Металличесний нольцеВой НОН-. такт (-о)

ПросВетллющее покрытие

вершенном материале, когда напряженность однородного электрического поля приближается к пороговому значению. Поэтому простая р-/-п-структура непригодна для лавинных фотодиодов. В области, где зарождается лавина, может образоваться и нестабильно развиваться отрицательное сопротивление. Поэтому область максимального поля, где развивается лавинное умножение, должна быть ограничена очень тонким слоем. Она должна быть отделена от области поглощения опти-

ческого излучения, толщина которой порядка глубины поглощения 1/а), а электрическое поле должно быть достаточным для поддержания насыщения скорости дрейфа носителей. Структура сквозного воздействия (reach-through), показанная на рис. 13.3, удовлетворяет всем этим требованиям. Лавина должна начинаться носителями с высоким коэффициентом ионизации, в противном случае полоса лавинного фотодиода сужается, а шум-фактор растет. Поэтому для показанной /г+-р-л-/7+-структуры наиболее подходит материал типа кремния, для которого й С 1-Фотоэлектроны вызывают лавину, а затем дырки способствуют дальнейшей генерации носителей.

Показанный на рис. 13.3 лавинный фотодиод может быть изготовлен диффузией п- или р-примеси в образец р-типа с высоким сопротивлением. Достоинством такого метода является то обстоятельство, что ир-переход, где поглощение максимально, может быть расположен очень близко к положительному контакту и теплоотво-ду. При этом достигается минимальный тепловой импеданс и улучшается тепловая стабильность детектора.

На рис. 13.4 показан другой вариант конструкции, который

Концентрацил зарлаод

Злентрическок поле


Рис. 13.3. Идеальный лавинный фотодиод сквозного воздействия; а -сечение через активную область; б - распределение пространственного заряда при напряжении, достаточном для того, чтобы обедненный слой проник через р- и я-области в р+-контактный слой; в - распределение электрического поля



Метал/гический нольиевой нентамт

Падающее излучение


прасветляпщее fwz

пассивирование Канальный ограничитель диффузии

Металличесний нонтант (-и)

-WOO

Рис. 13.4. Планариый эпитакснальный кремниевый лавинный фотодиод сквозного воздействия:

а - поперечное сеченне; б - зависимость коэффициента умножения от приложенного напряжения прн разных температурах. (Н. Melchoir et al. Planar epitaxial silicon avalanche photodiode.- Bell Syst. Tech. Jnl. 57, 1791-7 (1978).]

Обращаем внимание на следующие особенности. Л - толщина Л+-СЛОЯ может быть уменьшена травле ннем; В - диффузионное защитное" кольцо, увеличн-ваюиюе периметр для пробойного напряжения; С--выступающий кольцевой контакт снаружи л-слоя; О--канальный диффузионный ограничитель обеднен-Fioro слоя

320Н


а W0 200 300 ш

Обратное тпрлтение,В

не обладает указанным достоинством, но такой прибор может быть изготовлен из высококачественного материала методом эпитаксиальной

планарной технологии.

На /?+-подложке эпитаксиальным методом выращивают т-слой; р-слой должен быть тонким и очень однородным по распределению примесей. При его изготовлении можно использовать диффузию или ионную имплантацию. Защитное кольцо из материала я-типа, /г+-контактный слой и р+-канальный ограничитель также изготавливают методом диффузии. Чтобы обеспечить однородность лавинного умножения по сечению активной части прибора, требуется более сложная конструкция. При простой диффузии р- и я-слоев, как показано на рис. 13.5, возможно возрастание электрического поля в углах. При этом лавинное умножение происходит только на периферии активной области, т. е. эффективность его невелика. Чтобы свести к минимуму электрические поля вокруг края р-я-перехода, в показанной на рис. 13.4 конструкции введено две особенности -- кольцевой защитный диффузионный слой (В) и кольцевой контакт (С). Защитное кольцо распространяет слой я-типа снаружи р-диффузионного слоя. Концентрация я-примесей в нем сравии-



[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]

0.0012