ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Лавинные фотодиоды

Одним из путей создания быстродействующих фотоприемников с высокой чувствительно­стью является использование лавинного пробоя, в частности, создание лавинных фотодио­дов (рис. 6.13). Если поле в активной зоне фотодиода велико и энергия, приобретаемая фо­тоносителями тока (электронами и дырками) в этом поле, превышает энергию образования
электронно-дырочных пар, то происходит лавинообразный процесс размножения носите­лей. Процесс размножения начинается с генерации носителей под действием излучения, т. е. имеем фотодиод с лавинным размножением носителей.

Усиление первичного фототока в лавинном фотодиоде определяется коэффициентом лавинного размножения

^ = /ф//ф0, (6-31)

Где /ф — ток на выходе фотодиода с учетом размножения; /ф0 — ток при отсутствии размно­жения.

Таким образом, коэффициент лавинного размножения в лавинном фотодиоде является коэффициентом усиления фототока.

Известно, что коэффициент размножения зависит от напряжения на переходе ^=1/[1-(£//С/пр„бЛ, (6-32)

Где С/проб— напряжение пробоя; V— напряжение на р-и-переходе; т — коэффициент, учи­тывающий вид и тип проводимости полупроводникового материала (т = 1,5...2,0 для крем­ния р-типа; т = 3,4.. .4,0 — для кремния «-типа).

Тогда ВАХ лавинного фотодиода можно представить в виде

/ф = /фо/[1-(С//С/проб)и]. (6-33)

Лавинный процесс происходит очень быстро: инерционность лавинных фотодиодов ха­рактеризуется временами переключения (10~®...10-9) с, а произведение коэффициента уси­ления фототока К, на полосу частот достигает рекордных значений: ~ 10й Гц. Предель­

Но реализуемое значение К< может быть тем больше, чем меньше тепловой обратный ток фотодиода, поэтому при использовании кремния и арсенида галлия достигнуто АГ, и103...Ю4, а для германия его величина обычно не более 10[2]. У кремниевых и арсенид- галлиевых приборов ниже уровень шумов.

В режиме лавинного фотоумноже­ния успешно опробованы практически все диодные структуры: р+-п, р-А-п, и-р-/'-р+; барьер Шоттки.

Лавинные фотодиоды перспектив­ны при обнаружении слабых оптиче­ских сигналов. Широкое применение лавинных фотодиодов связано со зна­чительными трудностями. Это обуслов­лено с тем, что в предпробойном ре­жиме коэффициент усиления фототока К, резко зависит от напряжения. По­этому лавинные диоды нуждаются в жесткой стабилизации рабочего на­пряжения путем термостатирования. Лавинным фотодиодам присущ боль­шой разброс параметров у отдельных образцов (табл. 6.2). В таблице Тб — постоянная времени, характеризую­щая быстродействие диода.

Рис. 6.13. Лавинный фотодиод: Высокие рабочие напряжения, низ-

А-структура; б-распределение поля в структуре; кий преобразования затрудняют 1 — область сильного поля; г г