Фотодиод

 

Изобретение относится к оптоэлектроникё и может быть использовано для обнаружения и/или для измерения интенсивности преимущественно монохроматического электромагнитного излучения высоких частот повторения импульсов, например для применения в области передачи информации световым методом, и касается, в частности полупроводниковых диодов с минимально одним запирающим слоем в виде р-пили p-i - п-перехода. Целью изобретения является устранение потерь на преобразование энергии излучения, встречаю1цихся в фотодиодах вследствие неполного поглощения в области запирающего слоя при заданной длине волны, и одновременно потерь на отражение . Это в основном осуществляется путем расчета оптической толщины слоя полупроводника и путем расположения за полупроводником последовательности интерференционных слоев. 2 3.п. ф-лы, 1 ил. g (Л IND ) to СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

2 5 А1 (19) (11) СЗц e " 01 L 31/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHGMV СВИДЕТЕРЬСТВУ . -c (89) 158198 DD (21) 7771621/24-25 (22) 27.01.81 (31) WP Н 01 Ь/220063 (32) 31.03.80 (33) DD (46) 23.02.87. Бюл. У 7 (71) ФЕБ Карл-Цейс-Иена (DD) (72) Хуберт Полак (ВР), (53) 621.382(088.8) (54) ФОТОДИОД (57) Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для обнаружения и/или для измерения интенсивности преимущественно монохроматического электромагнитного излучения высоких частот повторения импульсов, например для применения в области передачи информации световым методом, и касается, в частности полупроводниковых диодов с минимально одним запирающим слоем в виде р-пили р-i — n-перехода. Целью изобретения является устранение потерь на преобразование энергии излучения, встречающихся в фотодиодах вследствие неполного поглощения в области запирающего слоя при заданной длине волны, и одновременно потерь на отражение. Это в основном осуществляется путем расчета оптической толщины слоя полупроводника и путем расположения за полупроводником последова- Я тельности интерференционных слоев.

2 з.п. ф-лы, 1 ил.

129207

Изобретение относится к фотодиодам высокой чувствительности для обнаружения или измерения интенсивности преимущественно монохроматического электрического излучения высоких час- g тот повторения импульса, например для применения в области передачи информации световым методом.

Известен фотодиод для обнаружения и/или для измерения интенсивности 10 электромагнитного излучения, состоящий из полупроводника с одним запирающим слоем, представляющим собой область, выполненную в виде р-и-перехода, р-i-n-перехода Шоттки, элект- с рическое поле которой служит для разделения свободных пар носителей заряда, созданных проникающими фотонами (Spear V.Z., et аll. Amorpheres

Silicon p-n-junction. — Арр1. Phys, . Left, 19 76, 28, р. 105).

Однако, если поле запирающего слоя находится непосредственно за поверхностью падения, т.е. внутри 2$ пробега фотонов с более высокой энергией, при известных фотодиодных устройствах фотоны с более низкой энергией, имеющие относительно большие глубины проникновения или более длин- Зп новолновое излучение, .используются для фотоэффекта только в незначительной мере потому, что поглощение осуществляется в области полупроводника, которая гораздо больше обедненной зоны.

Известен фотодибд, выполненный в слое аморфного кремния, легированного водородом, содержащего р-и-переход и размещенного на подложке (Wili- gg

ans R. et аll. Garrier Generat,ion, Recombination and Transport in Amorphores, Solar Cells. — RCA. Reviev, 1979, 40, р. 371).

Недостатки этого технического решения также сводятся к большим потерям из-за неполного поглощения в области запирающего слоя.

Целью изобретения является устранение потерь на преобразование энергии излучения, встречающихся в фотодиодах вследствие неполного поглощения в области запирающего слоя при заданной длине волны, и обычно высоких при полупроводниках потерь на отражение при падении излучения и повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем

5 г фотодиод, выполненный в слое аморфного кремния, .пегированного водородом, содержащего р-п-переход и размещенного на подложке, между подложкой и слоем аморфного кремния дополнительно введены слои из непоглощающих материалов с попеременно высоким и низким показателями преломления п, а толщину d слоя аморфного кремния выбирают из соотношения а

4п где A — длина волны электромагнитного излучения;

m — - целое число вблизи значения

23 /К," п — показатель преломления слоя аморфного кремния;

К вЂ” коэффициент поглощения полупроводникового материала.

Кроме того, непоглощающий слой, прилегающий к слою аморфного кремния, при четном m имеет низкий показатель преломления, а при нечетномвысокий.

Непоглощающий слой,.прилегающий к полупроводнику, состоит из электрически проводящего материала, прозрачного для получения с длиной волны A.

На чертеже показан предлагаемый фотодиод.

Пример. Фотодиод сформирован на основе аморфного кремниевого перехода, созданного по одной из известных технологий изготовления, причем запирающий слой известным способом образуется р-i-n-структурой, состоящей из области 1 проводимости р-типа с высокой степенью легирования, области 2 собственной проводимости полупроводника высокой чистоты и легированной области 3 проводимости п-типа. Обнаруживаемое или измеряемое излучение 4 (длина волны

0,920 мкм) перпендикулярно падает на границы р-i-n-перехода. Наружные контакты (не показаны), на которые приложено запирающее напряжение диода, выполнены известным способом.

Расположенная за полупроводником последовательность интерференционных слоев состоит из четырех пар слоев, причем элементарные слои 5 и 6 с оптическими толшинами слоя h/4 имеют попеременно соответственнонизкие показатели преломления (n„=1,34) и высокие показатели преломления (n„=2,4), 3 12920 только первый интерференционный слой

7, непосредственно прилегающий к полупроводнику; состоящий иэ смеси окиси индия и окиси олова (служащий в качестве заднего электрода), имеет показатель преломления приблизительно 1,8. Вся система находится на стабильной подложке 8, состоящей, например, из стекла с показателями преломления 1.5. Показатель прелом- !О ления и коэффициент поглощения кремниевого перехода при длине волны

0,920 мкм составляют n=3 80 и k=0,01.

Соответственно этому для значения

m иэ ma /1I T-k=63,66 получается цело- 15 численное значение m=64, толщина полупроводника п й=тп /4=64 ) /4 или

d=m) /4n=3,874 мкм. Толщина области проводимости р-типа приблизительно

0,1 †мкм. 20

Так как непосредственное получение оптимальной толщины полупроводника иэ-за возможных незначительных отклонений показателя преломления и коэффициента поглощения сложно, то во время нанесения слоя известным способом при длине волны 0,920 мкм измеряется коэффициент отражения, имеющий максимумы и минимумы с возрастающей толщиной слоя. Процесс нанесения слоя прекращается, если достигнут самый низкий минимум отражения. Если для описанного фотодиодного устройства коэффициент пропускания "c 2X, коэффициент отражения 35

P(0 0001Х для подающего излучения с длиной волны 0,920 мкм, следовательно, в фотодиоде поглощается приблизительно 987 падающего излучения, причем область поглощения в соответствии с геометрической структурой только немного больше, чем обедненная зона, 75

4 вследствие чего поглощаются все падающие фотоны. Обедненная зона, реализованная в устройстве, имеет разме-, ры, необходимые для обработки высокочастотных импульсов.

Формула и з обретения

1. Фотодиод, выполненный в слое аморфного кремния, легированного водородом, содержащего р-и-переход и размещенного на подложке, о т л и ч а ю шийся тем, что между подложкой и слоем аморфного кремния дополнительно введены слои из непоглощающих материалов с попеременно высоким и низким показателями преломления и, а толщину слоя аморфного кремния d выбирают из соотношения

d=m

Л

4п где,) — длина волны электромагнитного излучения;

m — целое число. вблизи значения 2Т /К;

n — показатель преломления слоя аморфного кремния, К вЂ” коэффициент поглощения полупроводникового материала.

2. Фотодиод по п. I, о т л и ч а ю шийся — тем, что непоглощающий слой, прилегающий к слою аморфного кремния при m четном, имеет низкий показатель преломления, а при нечетном m — высокий.

3. Фотодиод по пп. и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, непоглощающий слой, прилегающий к полупроводнику, состоит иэ электрически проводящего материала, прозрачного для получения с длиной волны1 .

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству ГДР.

Составитель В. Манагаров

Редактор О. Головач Техред Л.Олейник Корректор А. Ильин

Заказ 279/53 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4