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
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
Таблица 6.2. Параметры лавинных фотодиодов
|