PIN光电二极管·区：PN结间插入的非掺杂或轻掺杂半导体材料，区高阻抗，电压基本都落在区，使耗尽层宽度w增大，提高响应度，同时，增大漂移时间，带宽减低--折裹选取；·对于Si,Ge间接带隙半导体材料,需较大的w(20~50μum)以保证足够高的响应度,则t,>200ps·对于InGaAs直接带隙材料,w=3~5um时,仍有较高响应度T~30~50ps响应带宽约3~5GHz·双异质结结构：N区和P区：InP，E。=1.35eV,当入>920nm时,透明·取：InGaAs, E,=0.75eV, 2=1300~1600nm强烈吸收
PIN光电二极管 •I区： •PN结间插入的非掺杂或轻掺杂半导体材料，I区高阻 抗，电压基本都落在I区，使耗尽层宽度w增大，提高 响应度，同时，增大漂移时间，带宽减低-折衷选取; •对于Si,Ge间接带隙半导体材料,需较大的w(20~50m), 以保证足够高的响应度, 则 •双异质结结构： •N区和P区：InP，Eg=1.35eV, 当>920nm时,透明 •I取: InGaAs, Eg=0.75eV, =1300~1600nm 强烈吸收 ps r 200 •对于InGaAs直接带隙材料,w=3~5 m时,仍有较高响应度, ps r 30 ~ 50 响应带宽约3~5GHz
PIN光电二极管的结构Au/Au-SnInpINPa-ln(iaAs4pmInpN'-InP(衬底）军车福SSS距离U(a)(b)图6.6PIN光电二极管的I作原理（a）PIN光电二极管及在反偏时各层的场分布：（b）InGaAsPIN光电极管的结构
PIN光电二极管的结构
电子和空穴的扩散长度当电载流子在材料中流动时，一些电子空穴对会重新复合而消失，此时电子和空穴的平均流动距离分别为L和L，这个距离即扩散长度。L, =(D,t,)/2,L,=(Dpt,)/2其中Dn，D,为电子和空穴的扩散系数，单位为cm?/s.Tn，t，为电子和空隙的重新复合所需要的时间（载流子寿命）在半导体材料中光功率的吸收呈指数规律P(x) = P(1 -e-α,(a)x)其中α,(a)为波长 处的吸收系数，P是入射光功率，P(x)是通过距离x后所吸收的光功率
( ) 1/ 2 Ln Dn n = ( ) 1/ 2 Lp Dp p = ( ) (1 ) ( ) 0 x s P x P e − = − 电子和空穴的扩散长度 当电载流子在材料中流动时，一些电子-空穴对会重新复合而 消失，此时电子和空穴的平均流动距离分别为Ln和Lp，这个 距离即扩散长度。 其中Dn， Dp为电子和空穴的扩散系数，单位为cm2 /s. n p , 为电子和空隙的重新复合所需要的时间（载流子寿命） 在半导体材料中光功率的吸收呈指数规律 ， 其中 为波长 处的吸收系数，P0是入射光功率，P(x)是通 过距离x后所吸收的光功率。 () s
如果耗尽区宽度为w，在距离w内吸收光功率为：P(w) = po(1 -e-α.w)如二极管的入射表面反射系数为R，其初级光电流为I,=P.(1 - e-αsw)(1 - R, )hv其中，P是入射光功率，q是电子电荷，hv是光子能量
如果耗尽区宽度为w，在距离w内吸收光功率为： ( ) (1 ) 0 s w P w p e − = − (1 )(1 ) 0 f w p P e R hv q I s = − − − 如二极管的入射表面反射系数为Rf，其初级光电流为： 其中，P0是入射光功率，q是电子电荷，hv是光子能量
特定的半导体材料只能应用在有限的波长范围内，如果波长更长，光子的能量就不足以激励一个价带的电子跃迁至导带中。其上限截止波长为：1.24hc2.(um)EE.(eV)g例4.1有一个光电二极管是由GaAs材料组成的，在300k时其带隙能量为1.43eV，其截止波长为：5.625×10-34 J.sX3×10*m/ shc= 869nmE(1.43eV)1.6×10-19 J /eV)
例4.1 有一个光电二极管是由GaAs材料组成的，在 300k时其带隙能量为1.43eV，其截止波长为： ( )( ) ( ) nm eV J eV J s m s E hc g c 869 1.43 (1.6 10 / ) 6.625 10 . 3 10 / 1 9 3 4 8 = = = − − 特定的半导体材料只能应用在有限的波长范围内， 如果波长更长，光子的能量就不足以激励一个价带 的电子跃迁至导带中。其上限截止波长为： ( ) 1.24 ( ) E E eV hc m g g c = =