12.4. МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ р-i-n-ФОТОДИОДОВ

12.4.1. Общие положения

Выбор материала детектора для оптической связи не вызывает затруднений. При использовании излучателя на основе GaAs/GaAlAs, работающего в диапазоне наиболее подходящим будет кремниевый детектор. Такие детекторы имеют обедненный слой толщиной в несколько десятков микрометров и обычно делаются в виде диодов. Для излучения с длиной волны свыше наиболее подходят германиевые детекторы. При длинах волн более 1,55 мкм также требуется толщина обедненного слоя в несколько десятков микрометров. В диапазоне длин волн около 1,3 мкм активная область должна быть того же порядка или тоньше. Ведутся интенсивные разработки прямозонных детекторов на основе тройных и четверных соединений для использования в более длинноволновых диапазонах. В них обычно используют барьеры Шотки или гетероструктуры, подобные описываемым в § 12.4.3.

Одна из проблем при работе с узкозонными приборами связана с высоким уровнем обратного тока в отсутствие излучения, так называемым темновым током (на рис. 12.1 он обозначен Подробно темповой ток будет рассмотрен в § 12.6, здесь же только отметим, что резко

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

12.4.2. Кремниевые p-i-n-фотодиоды

До сих пор подразумевалось, что обедненный слой целиком лежит внутри -слоя (см. рис. 12.5). Такие приборы называются -диоды. (При соответствующем легировании и обратной полярности он становится Такая структура оказывается достаточно гибкой, что облегчает согласование размеров обедненного слоя с коэффициентом поглощения при изменении напряжения смещения (см. формулу (7.6.7)). На практике удобнее использовать p-i-n-структуру со слаболегированным тонким -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-i-n-структуры. Для примера на рис. 12.6 показано распределение электрического поля и потенциала в структуре. В приближении однородного электрического поля

Рис. 12.6. (см. скан) Поперечное сечение активной области -фотодиода

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

где приложенное напряжение, размер слаболегирован нога -слоя. Собственная емкость диода соответствует емкости плос копараллельного конденсатора

где А — площадь перехода, диэлектрическая проницаемость куума, относительная диэлектрическая проницаемость. Если то С о На длине волны легко можно получить квантовый выход — 0,8 и более, а темповой ток при комнатной температуре С 1 А.