p-i-n-ФОТОДИОДЫ




P-i-n-ФОТОДИОДЫ


    p-i-n-ФОТОДИОДЫ

В фотодиоде необходимо совместить область поглощения света с обедненным слоем, чтобы одновременно удовлетворить требованиям быстродействия и высокого квантового выхода. Это реализуется в фотодиодах с p-i-n-структурой, которые явля­ются наиболее распространенным типом фотодетекторов.

Структура и принцип действия p-i-n-фотодиода пояснены на рис. 11.15. Он состоит из низкоомной п+-подложки, слабо леги­рованного (собственного) i-слоя и тонкого низкоомного p+-слоя толщиной до 0,3 мкм, через которые производится освещение. Низкоомные n+- и р+-области выполняют роль контактов (а). Наличие центрального высокоомного i-слоя приводит к увеличе­нию ширины слоя объемного заряда (б) по сравнению с обычным p-n-переходом. Его толщина di, подбирается так, чтобы поглоще­ние света происходило в этом i-слое (в), совпадающем со слоем объемного заряда. При приложении обратного смещения U обед­ненный слой распространяется на всю i-область. Это приводит к уменьшению емкости перехода, повышению чувствительности и быстродействия. Падающий свет, затухая по экспоненциаль­ному закону с постоянной, определяемой показателем поглоще­ния кш для данной длины волны, вызывает генерацию носителей заряда преимущественно в i-слое. Фотогенерированные носители ускоряются электрическим полем до скорости насыщения дрейфа (~ 105 м/с), поскольку напряженность электрического поля в обе­дненном слое обычно превышает 1 кВ/см. Эта скорость дрейфа примерно на три порядка превышает скорость диффузии. Поэто­му p-i-n фотодиод конструктивно выполняется так, чтобы мак-

симально уменьшить долю поглощенного света вне i-слоя. С этой целью переход формируется у самой повер­хности кристалла (как это реализуется в кремниевых фотодиодах), или использу­ется эффект широкозонного окна (как в p-i-п-гетерофотодиодах).

В стационарном режиме плотность полного фотото­ка, протекающего через обратносмещенный p-i-n-переход, можно разбить на две части:

где Jдр — плотность дрейфо­вого тока, обусловленного генерацией носителей в i-слое толщиной d, а Jдифф — плотность диффу­зионного тока, обусловлен­ного генерацией носителей в объеме полупроводника за пределами обедненного слоя и их последующей диффузи­ей к области     объемного за­ряда. Будем считать толщи­ну приповерхностного слоя p+-типа  существенно меньше




Содержание    Вперед