第14-3章光電探測(cè)器

1、第第1414章章 光器件光器件14.1 光學(xué)吸收光學(xué)吸收 14.2 太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池 14.3 光電探測(cè)器光電探測(cè)器 14.5 光電二極管光電二極管 14.4 光致發(fā)光和電致發(fā)光光致發(fā)光和電致發(fā)光2光 電 方式一302021Amh45光 電 方式二6 7814.3 14.3 光電探測(cè)器光電探測(cè)器9 而半導(dǎo)體發(fā)光器件要求半導(dǎo)體材料必須是直接帶隙半導(dǎo)體材料。因此，在這一點(diǎn)上，光電探測(cè)器件對(duì)材料的要求比發(fā)光器件寬容一些。材料有四族、II-IV族等半導(dǎo)體，例如族的Si、Ge和SiGe合金，III-V族的GaAs、InGaAs、InGaAsP、InGaN等。異質(zhì)結(jié)材料能夠提供透明的窗口、完全的光學(xué)限

2、制和優(yōu)異的導(dǎo)波特性，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器性能超群，顯示出了更多的好處，10n常用光電接收常用光電接收器的材料有硅器的材料有硅鍺等鍺等n右圖為幾種常右圖為幾種常用材料的響應(yīng)用材料的響應(yīng)曲線曲線n光電接收器的光電接收器的基本性能：響基本性能：響應(yīng)波長(zhǎng)，敏感應(yīng)波長(zhǎng)，敏感度，噪聲性能度，噪聲性能等等Wavelength nm50010001500SiliconGermaniumInGaAsQuantum Efficiency = 10.10.511n(3)依器件結(jié)構(gòu)分類(lèi)依器件結(jié)構(gòu)分類(lèi) 結(jié)構(gòu)主要有四種：結(jié)構(gòu)主要有四種：光電光電二極管、二極管、PIN光電二極管、雪崩光電二極管光電二極管、雪崩光電二極管和和

3、MSM光電探測(cè)器。光電探測(cè)器。PN結(jié)光電二極管結(jié)構(gòu)結(jié)光電二極管結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，最簡(jiǎn)單，PIN光電二極管結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜一些，光電二極管結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜一些，性能優(yōu)異、應(yīng)用最廣；雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異、應(yīng)用最廣；雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)兼有探測(cè)和放大兩種功能；復(fù)雜，同時(shí)兼有探測(cè)和放大兩種功能；MSM光電探測(cè)器無(wú)需制造光電探測(cè)器無(wú)需制造pn結(jié)，適合于難于摻雜結(jié)，適合于難于摻雜的半導(dǎo)體材料。的半導(dǎo)體材料。12光電探測(cè)器工作原理光電探測(cè)器工作原理-pn結(jié)結(jié)+I層層-PIN+p層層1314)eV(24. 1)m(gcE150.4波長(zhǎng) / m105GeGaAsSi吸收系數(shù) (cm1)In0.70Ga0.30As0

4、.64P0.36In0.53Ga0.47As1041031021010.60.81.01.21.41.61.816普通光電二極管普通光電二極管(PD)(PD)17當(dāng)當(dāng)PN結(jié)加反向結(jié)加反向偏壓時(shí)偏壓時(shí)，外加電場(chǎng)方向與，外加電場(chǎng)方向與PN結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)方向一致結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)方向一致，勢(shì)壘加強(qiáng)，在，勢(shì)壘加強(qiáng)，在PN結(jié)界面結(jié)界面附近載流子基本上耗盡形附近載流子基本上耗盡形成成耗盡區(qū)耗盡區(qū)。當(dāng)光束入射到當(dāng)光束入射到PN結(jié)上，結(jié)上，且且光子能量光子能量hv大于半導(dǎo)體大于半導(dǎo)體材料的帶隙材料的帶隙Eg時(shí)，時(shí)，價(jià)帶上價(jià)帶上的電子吸收光子能量躍遷的電子吸收光子能量躍遷到導(dǎo)帶上到導(dǎo)帶上，形成一個(gè)電子電子空穴對(duì)空穴對(duì)。 18gcghEhcE192021222324PIN光電二極管動(dòng)畫(huà)光電二極管動(dòng)畫(huà)25nInGaAs PIN PD26光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)-pn結(jié)結(jié)+I層層-PIN+p層層27雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（A P A P D D）282930313233APD光電二極管動(dòng)畫(huà)光電二極管動(dòng)畫(huà)