ЮОммм

Намтант из П/Аа

p*InGaAs(Zn

п In GaAs

ПоЗложна из A/*InP

Тыльный

нонтант

Н Оптанты

ЮОмнм,

-----L InGaAi

ZTSc буферный слой из Н *[п Р

ПоВложна из NInP

\250мнм

\Эпонсиднан смола

\\\ Падающий свет

R ,А/Вт

фовой области. Это относится, в частности, к кремниевым диодам для излучения в диапазоне 1,0 ... 1,1 мкм. При этом необходимо высокое напряжение смещения и слабое легирование 5гтepиaлa. Имеются два способа избежать необходимости использ01 ания обширного обедненного слоя; а) использовать тыльный контакт, который отражает прошедшее через диод излучение назад в область дрейфа; б) использовать боковое освещение, чтобы излучение распространялось параллельно переходу. Каждое из этих решений сопряжено с техноло1ическими трудностями.

12.5. ИМПУЛЬСНЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ р--л-ФОТОДИОДОВ

12.5.1. Характеристики фотодиода

На рис 12.9 показана схема включения фотодиода, когда его выходной сигнал поступает на усилитель. Элементы Свх и образуют входной и.мпеданс усилителя. Изменяющаяся во времени падающая оптическая мощность Ф (t) вызывает изменяющийся ток /ф (t) и напряжение (О на входе усилителя. Типичная переходная характеристика при длительности оптического импульса 10 ... 20 не показана на рис. 12.10. Ее вид зависит от трех факторов: RC - постоянной времени диода и его нагрузки; переходного времени, которое определяется дрейфом носитепей через обедненный слой; задержкой, которая определяется диффузией носителей, рождакйци.гся снаружи обедненного слоя. Обсуднм каждый из этих факторов.

Входная аптичесноя мощность,

Время

Рнс. 12.9. Схема включения фо тоднода

Рис. 12.10. Типичная характеристика фотодиода

Рис. 12.8. Примеры InGaAs гомопереходных фотодиодов малой плошадн при лицевом (а) и тыльном (б) освещении.

[Из работы Т.-Р. Lee et al. InGaAs/InP pi-n photodiods for ligthtwave communications at the 0,95-1,65 fim wovelength.-IEEE J. Quantum Ets.. QE-17, 232-8, ©, 1981, IEEE.]; s - характеристики днода, показанного на рис. 12.8,6.

И.5Л. Постоянная времени схемы

Эквивалентная схема диода показана на рис. 12.3. Предполагаем, что ток диода поступает на нагрузку из R и Cg, которая представляет собой входной импеданс усилителя. Кроме того, распределенная паразитная емкость Cs и сопротивление смещения Rb также шунтируют выход диода. Тогда фотодиод и его нагрузка могут быть представлены схемой, показанной на рис. 12.11, а, которая в упрощенном виде показана на рис. 12.11, б. Здесь учтено, что

/?5«/?вх (12.5.1)

и объединены параллельно соединенные элементы. Обычно l/Rn и Gd много меньше, чем 1.7?вх. поэтому

-+-+Gd-.-L-±- (12.5.2)

C-=Cd -l-Cs-h Ce

(12.5.3)

При изменении фототока напряжение на нагрузке будет изменяться с запаздыванием, которое определяется постоянной времени RC. Если ф)Ототок меняется синусоидально с угловой частотой со 2я/, то напряжение определяется формулой

(/) ф(Л Rli 1 + ftnfCR). (12.5.4)

Для получения хорошей частотной характеристики нужно по возможности снизить С. Емкостная состаааяющая фотодиода обычно не

Фтадиод

Усилитель

Рис. 12.11. Эквивалентная схема смещенного фотодиода и усилителя для приема слабого сигнала:

а - полная схема; б - упрощенная схема, полученная в результате пренебрежения величиной R, н объединения параллельно соединенных элементов