Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 39. Мощность сигнала и шума германиевого лавинного фотодиода. Обе
величины измерялись по отношению к мощности 1 мет [Л. 39].
1 - мощность сигнала; 2-мощность шума; 3 - уровень шума приемника.
Рис. 40. Поперечное сечение платиново-кремниевого фотодиода с барьером
Шоттки с охранным кольцом [Л. 50].
рис. 40. Вследствие того, что ток утечки по периферии перехода
исключается благодаря применению охранного кольца, в такой структуре
может быть получен идеальный обратный ток насыщения, плотность которого
равна 2 • 10-7 ' а/см2. В фотодиодах с барьером Шоттки в режиме лавинного
умножения может быть получено 35-кратное усиление амплитуды
высокочастотного импульса фототока длительностью 0,8 нсек (рис. 41).
Различие между фототоком IPh при низком обратном смещении без умножения и
умноженным фототоком показывает, какое большое усиленйе по току можно
получить при определенном уровне освещения и импульсе определенной
протяженности (в указанном выше случае - 0,8 нсек). Средняя световая
мощность гелийнеонового лазера на длине волны У,=6 328 А равна 0,8 мет, а
пиковая мощность в импульсе, соответствующая 0 дб на рис. 41, примерно
равна 7 мет. Можно предположить, что при усовершенствовании структуры
охранного кольца и исходного
Омический контакт
материала могут быть получены более высокие коэффициенты усиления по
току, чем представлены на рис. 41.
На рис. 42 представлены результаты измерений лавинного умножения для
PtSi-Si-диодов. На рисунке показана спектральная плотность шума в узкой
полосе частот (В=0,6 Мгц) на частоте 30 Мгц. Шум умноженного фототока
растет примерно как М3 при возбуждении' светом' в видимой области
спектра. При уменьшении длины
Рототок Iph
Коэффициент усиления' тока 35
-3D -30 40 0
Относительная оптическая мощность, дб
на длине волны 6 328 А (гелий-неоновый лазер). Нижняя кривая
соответствует фототоку при низком напряжении обратного смещения. Верхняя
кривая соответствует амплитуде максимальных импульсов
умноженного фототока, полученных при напряжении пробоя [Л. 50].
"\г
I5
3f 1
Dt
о
г
•s
о
v 6
Рис. 41. Зависимость амплитуды токового импульса фотодиода с барьером
Шоттки от интенсивности импульса излучения длительностью 0,8 тек
А=6328А- А / 1 *'~м> ! ? !
& $ ¦ eg ' ь : -Л=Ь8бОА
f
2 5 10 20 50
Умножение, М
Рис. 42. Зависимость спектральной плотности шума лавинного умножения на
частоте 30 Мгц, нормализованного к дробовому шуму фототока, от
коэффициента умножения фототока. Даны результаты измерения для двух длин
волн падающего излучения [Л. 50].
волны шумы умножения (лавины) возрастают медленнее с увеличением М. Эти
результаты хорошо согласуются с теорией Мак-Интай-ра [Л. 57] (см. рис.
38).
Лавинные фотодиоды с барьером Шоттки, изготовленные из кремния я-типа,
являются крайне перспективными для высокочастотного фотодетектирования
излучения в ультрафиолетовой области спектра. Ультрафиолетовое излучение,
проходящее сквозь тонкие
металлические электроды, поглощается в ближайших 100 А кремния.
Вследствие этого лавинное умножение происходит в основном за
счет электронов, в результате чего шумы оказываются низкими, а
произведение усиления на ширину полосы - большим. Лавинное умножение
повышает чувствительность детектирующей системы, состоящей из фотодиода с
барьером Шоттки и приемника. Возможно также усиление высокочастотных
импульсов фототока.
ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЛАЗЕРЫ
1. Введение
Новые мощные когерентные источники энергии появились в 1954 г., когда был
создан первый мазер (Maser - Microwave Amplication by Stimulated Emission
of Radiation) |[Л. 1]. Через 4 года теория, разработанная для
микроволновой области электромагнитного спектра, была распространена в
видимую и инфракрасную области [Л. 2] и явилась основой для
конструирования в 1960 г. первого оптического мазера или лазера (L
заменяет М в слове Maser и соответствует слову Light - свет) -
импульсного твердотельного рубинового лазера [Л. 3]. В рубиновом лазере с
системой из трех уровней использовались энергетические уровни хрома Сг+3,
введенного в А1203. За этой системой вскоре последовал лазер с четырьмя
уровнями [Л. 4], в котором использовался U+3 в CaF2, и лазер на основе
газового разряда в смеси гелия и неона (Л. 5].
В течение 1957-1961 гг. рядом авторов независимо друг от друга была
предложена идея полупроводникового лазера с р-п переходом |[Л. 6-8]. В
1962 г. в работе [Л. 9] было показано, что работа в режиме генерации
возможна в полупроводниках с прямыми переходами (прямой зоной), и
изложены важные критерии для работы в таком режиме. На основании
имевшихся данных по поглощению была показана возможность использования
межзонных переходов в полупроводниках с прямой зоной, таких, как арсенид
галлия. В 1961 г. на основе теоретических расчетов были выведены
необходимые условия осущесгвления режима генерации (Л. 10] с
использованием концепции квазиуровней Ферми.
В связи с тем, что многие группы ученых активно занимались исследованием
