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1、DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.1983.06.015硅光电探测器杨成珠李庆文:,一,摘要本文以典型器件为例较详细地介绍了引IPN光电二极管和iS雪崩光电二极管讨论、了器件理论和器件结构制作工艺等一些实际问题。介绍了典型器件参数。一、引言,一兀巴e`)光电探测器是变光信号为电信号的元件ù一比已子匕ù洲ù尸,:lk一般要满足以下要求一;①在系统工作的波长区有高的量子效率最小可探测度满足系统对信一噪比的要求。,②能跟得上入射光信号的调制速度即响毛能电应速度快。③输入一输出线性好。④能在通常条件下可靠地工作。,半导体光电探测器是很好的固体
2、元件主、PN。图1尸IN光要有光导型热电型和结型但在许多应电二极管原理和光能的变化,,用中特别是在近几年发展起来的光纤系统有选择性的图2表示s云的吸收系数与波长的,中光导型探测器处理弱信号时噪声性能很关系〔1〕;。N差热电型探测器不能获得高的灵敏度而s玄硅PI光电二极管的响应速度受三种因素一,:;的吞N结光电探测器在从可见光近红外波长的限制即载流子扩散到耗尽区的时间在,区能有效地满足上述要求,是该波长区理想的耗尽区的漂移时间和耗尽区电容决定的Rc光接收元件,本文主要介绍最常用的s公一pIN时间常数。。光电二极管和iS雪崩光电二极管2.器件结构和制作工艺
3、、二iS一PIN光电二极管一典型s￡pIN光电二极管的结构如图3所1.工作原理示,这种结构的优点在于,可以获得高的量子一。I,isPIN光电二极管实质上是一个反向偏效率和快速响应光主要在层吸收I层的,。,置工作的二极管工作原理如图1所示半导厚度至少要等于或大于吸收长1/a以使入射一,。体材料因吸收光子而产生电子空穴对在耗光能充分为半导体吸收在足够大的反向偏压尽层中和离耗尽层一个扩散长度内,这些电子下工作,可以使载流子获得最大漂移速度(在,和空穴被耗尽区电场分开接触电极收集之后s￡中电子的极限漂移速度为1。了厘米/S数量。,因此N光电二;在外电路中表现为
4、光电流IP级)耗尽区的加宽也减少了结电容使器件在极管的反向工作电流是受入射光调制的。全耗尽状态下工作以及适当减薄上下掺杂层的,半导体材料硅对各种波长的光波的吸收是厚度(小于1拼。)使耗尽区外载流子的扩散,要受载流子穿过I层的渡越时间的限制所以往往在量子效率和响应速度之间均衡考虑,折,。,;衷选择以使性能最佳从图2可以看出对..,08~。9那爪波长的光硅的吸收系数为95。~一`,。,250cm全部吸收需要几十微米厚例如a.、艺要探测AzGA:激光器发射的。85“m波长的激凌丫从光,硅的吸6o一`,一}收系数约为oc琳要吸收95肠以上的入射光,I层厚大约为
5、50拌m。但是当碱嗜享当要求有更快的响应速度而放松对量子效率的要,。求时I层厚度可适当减薄GT101系列的快,,·速PIN二极管上升时间接近10p、休利特人认帕卡德元件公司的尸D10系列快短川N管,上.:.,.!,,.’升时间为Ins〔10〕。但这是以牺牲量子效率为代价的。…3.光谱响应和l子效率s￡一PIN光电二极管对0.35一1.1拜。的光,{都有一定的响应,响应峰值通常在0.8~.,。,.D乎奋歹次歹欢7a岁以夕厂夕厂乙Z滩厂歹09“机图4是GT101型二极管的光谱响应曲波长(声,,〔1“〕线在理想情况下,从IPN光电二极管的量图2吸收系数与波
6、长的关系子效率可以表示为。一“`刃=1一(z),。其中a是吸收系数d是耗尽层厚度如果扣乙,那:sf屯除表面非耗尽层内的吸收损失么~’《乙二二生七」兰二::Ja}”二e一`一e`(2)、如列汉占,实际上并不是全部入射光都能进入器件的耗{.乃1尽层,在器件表面,有一定的光被反射回去,一图3Sf尸IN光电二极管器件结构反射部分的光功率为时间可以忽略不计。对于小光敏面积器件,响契(3)应速度往往主要取决于载流子在耗尽区的渡越十n。,,,式中n为s￡的折射率叽为空气的折射率如时间.,玲;,。isPIN光电二极管制作工艺比较简单果别的取34那么反射部分占30肠为了
7、适于批量生产。国内和国外都有系列化产品以克服反射损失,一般器件在表面淀积一层防反,s￡3;。满足不同用途的需要如永川光电器件研究所射膜(例如N)GTr01系列pIN光电二.GTIO;RCAC3os。。。、,09拼m,的系列产品的系列产品等极管用isN作防反射膜对几=的光,:N型可以获得近80肠的量子效率在吸收系数很小典型制作工艺是采用高阻单晶(电阻率.·c,,〔。在1。。。~2。。。口m)两面抛光分别进行尸的106拼。波长仍有37呱的效率“〕型和,O:,4.N型杂质扩散从作为扩散掩膜蒸漏电流一铝或ITuA作为欧姆接触。s艺pIN光电二极管的漏电流儿主要
8、由表面,,因为剐PIN光电二极管的响应速度主漏电流sI和体内漏电流I。组成即。’为内建电势差I
