第14-3章光电探测器

1、第第1414章章 光器件光器件 14.1 光学吸收光学吸收 14.2 太阳能电池太阳能电池 14.3 光电探测器光电探测器 14.5 光电二极管光电二极管 14.4 光致发光和电致发光光致发光和电致发光 2 光 电 方式一 3 0 2 0 2 1 Amh 4 5 光 电 方式二 6 7 8 14.3 14.3 光电探测器光电探测器 9 而半导体发光器件要求半导体材料必 须是直接带隙半导体材料。因此，在这一点 上，光电探测器件对材料的要求比发光器件 宽容一些。材料有四族、II-IV族等半导体，例 如族的Si、Ge和SiGe合金，III-V族的GaAs、 InGaAs、InGaAsP、InGaN等

2、。异质结材料 能够提供透明的窗口、完全的光学限制和优 异的导波特性，异质结构的光电探测器性能 超群，显示出了更多的好处， 10 n常用光电接收常用光电接收 器的材料有硅器的材料有硅 锗等锗等 n右图为几种常右图为几种常 用材料的响应用材料的响应 曲线曲线 n光电接收器的光电接收器的 基本性能：响基本性能：响 应波长，敏感应波长，敏感 度，噪声性能度，噪声性能 等等 Wavelength nm 50010001500 Silicon Germanium InGaAs Quantum Efficiency = 1 0.1 0.5 11 n(3)依器件结构分类依器件结构分类 结构主要有四种：结构主要

3、有四种：光电光电 二极管、二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管光电二极管、雪崩光电二极管 和和MSM光电探测器。光电探测器。PN结光电二极管结构结光电二极管结构 最简单，最简单，PIN光电二极管结构稍复杂一些，光电二极管结构稍复杂一些， 性能优异、应用最广；雪崩光电二极管结构性能优异、应用最广；雪崩光电二极管结构 复杂，同时兼有探测和放大两种功能；复杂，同时兼有探测和放大两种功能；MSM 光电探测器无需制造光电探测器无需制造pn结，适合于难于掺杂结，适合于难于掺杂 的半导体材料。的半导体材料。 12 光电探测器工作原理光电探测器工作原理 -pn结结+I层层 -PIN+p层层 13 14 )

4、eV( 24. 1 )m( g c E 15 0.4 波长 / m 105 Ge GaAs Si 吸收系数 (cm1) In0.70Ga0.30As0.64P0.36 In0.53Ga0.47As 104 103 102 101 0.60.81.01.21.41.61.8 16 普通光电二极管普通光电二极管(PD)(PD) 17 当当PN结加反向结加反向 偏压时偏压时，外加电场方向与，外加电场方向与 PN结的内建电场方向一致结的内建电场方向一致 ，势垒加强，在，势垒加强，在PN结界面结界面 附近载流子基本上耗尽形附近载流子基本上耗尽形 成成耗尽区耗尽区。 当光束入射到当光束入射到PN结上，结上， 且且光子能量光子能量hv大于半导体大于半导体 材料的带隙材料的带隙Eg时，时，价带上价带上 的电子吸收光子能量跃迁的电子吸收光子能量跃迁 到导带上到导带上，形成一个电子电子 空穴对空穴对。 18 g c g hE hc E 19 20 21 22 23 24 PIN光电二极管动画光电二极管动画 25 nInGaAs PIN PD 26 光电探测器结构光电探测器结构 -pn结结+I层层 -PIN+p层层 27 雪崩光电二极管（雪崩光电二极管（A P A P D D） 28 29 30 31 32 33 APD光电二极管动画光电二极管动画 34 35 36 37 n p 2 i nnp 38