Фотодиод Советский патент 1989 года по МПК H01L31/04 

ющих материалов с соответственно высоким п, и низким Hj показателями преломления. Слой поглощающего материала имеет толщину, кратную р/2п),.где АО длины волны излу- чения в вакууме, а п - показатель преломления поглощающего материала, с вьтолненным в нем р-п-переходом. На слое поглощающего материала размещены N групп слоев, каждая из которых содержит два четвертьволновых слоя из непоглощающих материалов с соответственно низким п и высоки14 п показателями преломления, причем N выбрано ближайщим к значению

InCgc n d) llnir

где (У - коэффициент поглощения поглощающего материала; d - толщина слоя поглощающего

материала,

при этом грзшпы слоев N. и Wj связаны соотношением,

/HI v /n4v2 i

н: п(

где п -показатель преломления материала подложки.

Фотодиод работает следующим образом.

Излучение падает на фотодиод со стороны, противоположной подложке 1, проходит через группу 3. из 2 N диэлектрических слоев и практически полностью поглощается в поглощающем слое 3, При этом в обедненной области поглощающего слоя 3 (не показана) генерируются злектронно-дыроч- ные пары, которые вызьшают появление фототока в цепи фотодиода. Группы 2 и А диэлектрических слоев препятствуют выходу излучения из поглоща- ющего слоя 3,

В качестве примера рассчитаем. параметры кремниевого p-i-n фотодиода для волоконных .линий связи на длину волны излучения. Ло- 0,85 мкм На этой длине волны коэффициент поглощения кремния о( 0,06 мкм, а показатель преломления По 3,65, В качестве материалов для четвертьволновых слоев выберем 8104(пб 1,46) и (по 2,05). Для упрощения расчета примем п п з

O

0

0

5

1 ,46 и n , n 2,05, В качестве подложки выберем стекло с п 1,5,

Если быстродействие кремниевого фотодиода определяется в основном временем пролета фотогенерированньк носителей через 1-о5ласть, что может быть обеспечено соответствующим выбором диаметра р-п-перахода, то быстродействие фотодиода составляет 10 ПС на микрометр толиины i-областИо

Если требуется быстродействие порядка 25 ПС, то толщина обедненной .области должна быть порядка 2,5 мкм.. Глубина поглощения излучения в кремний на длине волны 0,85 мкм составляет величину 17 мкм. Для того, чтобы полностью поглотить все падающее излучение, толщина обедненной области должна быть порядка (2-2,5)/с, т,е, 35-40 мкм. Использование прототипа позволит уменъ- шить толщину i-области до величины порядка 2/а(по 9,5 мкм, .что почти в четыре раза больше требуемой, поэтому получить требуемое быстродействие при сохранении высокой квантовой эффективности конструкция прототипа не позволит (при толщине обедненной области, равной 2,5 мкм, квантовая зфф.ективность прототипа будет порядка 35%), Сушественио повысить ква.чтоьую эффективность можно путем использования фотодиода предлагаемой конструкции. Выбирая толщину поглощающего слоя кратной Л0/2 По, получим d 2,503 мкм. Определим число групп слоев N, наносимых на слой кремния;

40

linli

1,9.

Число rpjmn слоев N 2,

Число слоев 2N, определяется из соотношения

,2

ff. 1 с;

4,46

Это соотношение хорошо вьтолня- ется при NI 7:

о пс; 2(7-1) ,- (ц} ,5,

Таким образом, фотодиод имеет следующую структуру: на подложке с Пп 1,5 последовательно расположе/7 /7д

/

/

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в высокоскоростных волоконно-оптических линиях передачи в качестве фотоприемного устройства. Цель изобретения - повышение квантовой эффективности фотодиодов с толщиной поглощающего слоя, значительно меньшей 2/α, где α - коэффициент поглощения поглащающего материала. Фотодиод содержит подложку, на которой последовательно размещены 2N₁ четвертьволновых слоя из непоглощающих материалов с чередующимися высоким N₁ и низким N₂ показателями преломления, поглощающий слой и 2N₂ четвертьволновых слоя из непоглощающих материалов с чередующимися низким N₃ и высоким N₄ показателями преломления. Количество групп двойных слоев N₂ выбирается ближайшим к значению LN (Α^.N₀^.D/2)//2LN(N₃/N₄), а N₁ определяется из соотношения (N₁/N₂)^2N1 *98 N_N N_и/N₃) ^2N2, где D - толщина слоя поглощающего материала

N_п - показатель преломления материала подложки

N₀ - показатель преломления поглощающего материала. Такая конструкция приводит к тому, что группы N₁ и N₂ диэлектрических слоев препятствуют выходу излучения из поглощающего слоя и практически вся падающая на фотодиод мощность участвует в генерации фотоносителей. 1 ил.