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 方式一302021Amh45光 电 方式二6 7814.3 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。异质结材料能够提供透明的窗口、完全的光学限

2、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，10n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 nm50010001500SiliconGermaniumInGaAsQuantum Efficiency = 10.10.511n(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

3、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1314)eV(24. 1)m(gcE150.4波长 / m105GeGaAsSi吸收系数 (cm1)In0.70Ga0.30As0

4、.64P0.36In0.53Ga0.47As1041031021010.60.81.01.21.41.61.816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。 18gcghEhcE192021222324PIN光电二极管动画光电二极管动画25nInGaAs PIN PD26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）282930313233APD光电二极管动画光电二极管动画