Лавинные фотодиоды

Лавинные фотодиоды представляют собой фоточувствительные приборы с внутренним усилением, позволяющие получить высокую чувствительность. Основным их недостатком является то, что с лавинным умножением связан дополнительный шум, ограничивающий возможность детектирования слабых сигналов. Уже давно установлено, что для получения низкого уровня шума при большом внутреннем усилении необходимо, чтобы коэффициенты ударной ионизации электронов α и дырок β резко различались между собой.

К сожалению, в большинстве соединений A^IIIB^V α/β ≅ 1, что приводит к возрастанию шума при умножении. Поэтому большое практическое значение имеют методы, позволяющие в указанных материалах увеличить α/β. Одним из способов сделать это является создание структур типа сверхрешеток, использующих явление ударной ионизации на разрыве энергетических зон. Рассмотрим зонную диаграмму сверхрешеточной структуры в сильном электрическом поле обратно-смещенного p-i-n-диода (Рис. 6.5).

Пусть мы имеем горячий электрон, ускоряющийся в барьерном слое широкозонного полупроводника. Влетая в узкозонный слой, он резко увеличивает энергию на величину разрыва зоны проводимости ∆Е_С. Это эквивалентно тому, что он «видит» энергию ионизации уменьшенной на ∆Е_С по сравнению с пороговой энергией в массивном узкозонном полупроводнике. Поскольку коэффициент ударной ионизации α с уменьшением пороговой энергии экспоненциально растет, следует ожидать резкого увеличения эффективного значения α. В следующем барьерном слое пороговая энергия увеличивается на ∆Е_С, уменьшая тем самым α в этом слое. Но поскольку α ₁ << α ₂ (индексы 1 и 2 относятся соответственно к широкозонному и узкозонному материалам), то экспоненциальный рост α₂ приводит к тому, что и среднее значение значительно увеличивается.

Если (как это, в частности, имеет место в системе GaAs-AlGaAs) разрывы в валентной зоне ∆E_v значительно меньше разрывов в зоне проводимости, то подобный эффект для дырочного коэффициента β будет значительно меньше. Окончательным результатом будет сильное увеличение отношения α/β, что и являлось нашей целью.

Рис. 6.5. Схема лавинного фотодиода с системой квантовых ям.

Дата добавления: 2014-01-11