Фотодиод

(-ф - ) 146У 50 ющих материалов с соответственно высоким п и низким и показателямигпреломления, Слой поглощающего материала имеет толщину, кратную Л,/2 пь,.где д, - длины волны излу- чения в вакууме, а пь - показатель преломления поглощающего материала, с выполненным в нем р-п-переходом. На слое поглощающего материала размещены Бг групп слоев, каждая из которых содержит два четвертьволновых слоя из непоглощаюших материалов с соответственно низким пэ и высоким л показателями преломления, причем Бг выбрано ближайши к значению 1 п(2 ь 1 п,й)121 п - зйгде с - коэффициент поглощения поглошающего материала;Й - толщина слоя поглощающегоматериала,при этом группы слоев Б и Б связаг ны соотношением где пд -показатель преломления материала подложки,Фотодиод работает следующим образом.Излучение падает на фотодиод состороны, противоположной подложке 1,проходит через группу 3 из 2 Бг диэлектрических слоев и практическиполностью поглощается в поглощающемслое З.,При этом в обедненной области поглощающего слоя 3 (не показана) генерируются электронно-дырочные пары, которые вызывают появлениефототока в цепи фотодиода. Группы2 и 4 диэлектрических слоев препятствуют выходу излучения из поглощающего слоя 3.В качестве примера рассчитаем.параметры кремниевого р-г.-п фотодиода для волоконных линий связи надлину волны излучения. Ль = 0,85 мкм.На этой длине волны коэффициентпоглощения кремния Ы= 0,06 мкм , апоказатель преломления и = 3,65.В качестве материалов для четвертьволновых слоев выберем 80(пь =- 1,46) и Б Б (и = 2, 05) . Дляупрощения расчета примем и= и== 1,46 и и, = п = 2,05. В качестве подложки выберем стекло с п = 1,5,Если быстродействие кремниевого фотопиода определяется в основном временем пролета фотогенерированных носителей через г.-область, что может быть обеспечено соответствующим выбором диаметра р-н-перехода, то быстродействие фотодиода составляет 10 пс на микрометр толщины х-области.Если требуется быстродействие порядка 25 пс, то толщина обедненной . области должна быть порядка 2,5 мкм Глубина поглощения излучения в кремнии на длине волны 0,85 мкм составляет величину 1/с = 1 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 уменьшить толщину-области до величичы порядка 2/сп,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 эффективность прототипа будет порядка 357.), Существенно повысить квантовую эффективность можно путем использования фотодиода предлагаемой конструкции. Выбирая толщину поглощающего слоя кратной/2 и получим й = 2,503 мкм. Определим число групп слоев Б , наносиг 9 мых на слой кремния: Число групп слоев Бг = 2,Число слоев 2 Б, определяется изсоотношения Это соотношение хорошо выполняется при Б, = 7: 05 г(7-г)(-г) 2 = 32 )1 51,46ф Ф Таким образом, фотодиод имеетследующую структуру: на подложке спр = 1,5 последовательно раслоложе 5 15ны 14 четвертьволновых слоев с чередующимся показателем преломления п = 2,05 и п 2 = 1,46, слой монокристаллического кремния толщиной 2,503 мкм и четыре четвертьволновых слоя с чередующимися показателями преломления пз = 1,46 и п = 2,05. Определяя для такой структуры коэффициенты характеристической матрицы М, получим значение коэффициента отражения В = 0,003 и коэффициента пропускания Т = 0,045. Тогда В + Т = = 0,048 = 0,05 н К= 0,95, т,е. квантовая эффективность фотодиода К порядка 957Таким образом, использование изобретения позволит говысить квантовую эффективность фотодиодов с толщиной поглощающего слоя, значительно меньшей 2/с,Формула изобретения1Фотодиод, включающий подложку, на которой последовательно размещены Б групп слоев, каждая. иэ которых содержит два четвертьволновых слоя из непоглошаюших материалов с соответственно высоким п, и низким п 2 показателями преломления, и слой поглощающего материала толщиной, кратной Л/2 по, где Л, - длина вол 25752ны излучения в вакууме, а и - показатель преломления поглошающегоматериала, в котором выполнен р-ипереход, о т л и ч, а ю ш и й с ятем, что, с целью повышения квантовой эффективности фотодиода при толшине слоя поглощающего материала,значительно меньшей глубины поглощения излучения в этом материале,на слое поглощающего материала дополнительно размещены И 2 групп слоев, каждая нз которых содержит двачетвертьволновых слоя нз непоглошающих материалов с соответственно низким и и высоким п, показателямипреломления, причем И 2 выбрано ближайшим к значениюс в 61 п( --- )2921 п(- )п 4где Ы - коэффициент поглощения по 25 глощаюшего материала;Й - толщина слоя поглошаюшегоматериала,при этом М, и И 2 связаны соотношением(и ) 2 тгде и- показатель преломления материала подложки.