P-I-N-фотодиод с управляемой оптическим излучением ёмкостью

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ФОТОДИОД С УПРАВЛЯЕМОЙ ОПТИЧЕСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЕМКОСТЬЮ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малышев Сергей Александрович Чиж Александр Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) 1. фотодиод с управляемой оптическим излучением емкостью, содержащий последовательно расположенные и контактирующие по всей прилегающей поверхности первый металлический электрод, образующий омический контакт с полупроводником первого типа проводимости, поглощающий полупроводник с собственной проводимостью и полупроводник второго типа проводимости, находящийся в омическом контакте со вторым металлическим электродом, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения в область перехода, отличающийся тем, что содержит широкозонный непоглощающий полупроводник с собственной проводимостью, помещенный между поглощающим полупроводником с собственной проводимостью и полупроводником первого типа проводимости или полупроводником второго типа проводимости. 2. фотодиод по п. 1, отличающийся тем, что полупроводники с собственной проводимостью полностью обеднены. Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в качестве фотоварактора для оптического управления СВЧ цепями и устройствами, такими 9651 1 2007.08.30 как, например, фильтры, фазовращатели, генераторы, аттенюаторы, антенны и фазированные антенные решетки. Известен фотодиод с управляемой оптическим излучением емкостью 1, фиг. 12,состоящий из полупроводника с собственной проводимостью, в котором с одной и той же стороны сформированы области с разными типами проводимости так, что между ними остается полупроводник с собственной проводимостью, и из металлических электродов,образующих омические контакты к областям р- и -типа. Данный фотодиод имеет низкую добротность, а для изменения его емкости необходима достаточно большая мощность оптического излучения. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является фотодиод с управляемой оптическим излучением емкостью 2, фиг. 2 с, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого металлического электрода, образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости, поглощающего полупроводника с собственной проводимостью, полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения. Данный фотодиод имеет низкую добротность, а для изменения его емкости необходима достаточно большая мощность оптического излучения. Техническая задача изобретения - повышение добротности фотодиода с управляемой оптическим излучением емкостью с одновременным уменьшением необходимой для управления оптической мощности. Техническая задача решается тем, что фотодиод с управляемой оптическим излучением емкостью, содержащий последовательно расположенные и контактирующие между собой по всей прилегающей поверхности первый металлический электрод, образующий омический контакт с полупроводником первого типа проводимости, поглощающий полупроводник с собственной проводимостью и полупроводник второго типа проводимости, находящийся в омическом контакте со вторым металлическим электродом, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения в область - перехода, содержит широкозонный непоглощающий полупроводник с собственной проводимостью, помещенный между поглощающим полупроводником с собственной проводимостью и полупроводником первого типа проводимости или полупроводником второго типа проводимости. Оптимальное решение технической задачи достигается, когда полупроводники с собственной проводимостью полностью обеднены. В этом случае максимальный коэффициент перекрытия по емкости фотодиода определяется отношением толщин поглощающего полупроводника с собственной проводимостью и широкозонного непоглощающего полупроводника с собственной проводимостью. Совокупность указанных признаков позволяет увеличить сопротивление - перехода и создать условие накопления фотоносителями избыточного электрического заряда в поглощающем полупроводнике с собственной проводимостью, что приводит к увеличению добротности фотодиода и уменьшению необходимой для управления оптической мощности. Данный фотодиод может также использоваться при оптическом управлении СВЧ цепями в качестве оптически-переключаемой емкости без освещения - низкое значение емкости, при определенном уровне освещения, когда обедненная область распространяется только на широкозонный непоглощающий полупроводник с собственной проводимостью, - высокое значение емкости. Сущность изобретения поясняется фигурой, где изображен поперечный разрез -фотодиода с управляемой оптическим излучением емкостью, который содержит 1 - первый металлический электрод 2 - полупроводник первого типа проводимости 3 - широкозонный непоглощающий полупроводник с собственной проводимостью 4 - поглощающий полупроводник с собственной проводимостью 5 - полупроводник второго типа проводимости 2 9651 1 2007.08.30 6 - второй металлический электрод 7 - отверстие. фотодиод с управляемой оптическим излучением емкостью состоит из полупроводника первого типа проводимости 2, к которому прилегает и контактирует по всей поверхности широкозонный непоглощающий полупроводник с собственной проводимостью 3, к которому прилегает и контактирует по всей поверхности поглощающий полупроводник с собственной проводимостью 4, к которому прилегает и контактирует по всей поверхности полупроводник второго типа проводимости 5. На обратной стороне полупроводника первого типа проводимости 2 сформирован первый металлический электрод 1,образующий с ним омический контакт. На полупроводнике второго типа проводимости 5 сформирован второй металлический электрод 6, образующий с ним омический контакт. Во втором металлическом электроде 6 сформировано отверстие 7 для ввода оптического излучения в область - перехода фотодиода. фотодиод с управляемой оптическим излучением емкостью работает следующим образом. Оптическое излучение подается через отверстие 7 в область - перехода фотодиода. При собственном поглощении оптического излучения в поглощающем полупроводнике с собственной проводимостью 4 генерируются фотоносители, которые вследствие инерционности процессов переноса и наличия потенциального барьера на гетерогранице между широкозонным непоглощающим полупроводником с собственной проводимостью 3 и поглощающим полупроводником с собственной проводимостью 4 накапливают избыточный электрический заряд в поглощающем полупроводнике с собственной проводимостью 4. Накопленный фотоносителями избыточный электрический заряд экранирует внутреннее электрическое поле - перехода, что приводит к уменьшению ширины обедненной области и, следовательно, к увеличению емкости фотодиода. Пример конкретного выполнения фотодиода с управляемой оптическим излучением емкостью, работающего в частотном диапазоне 2060 ГГц и в диапазоне длин волн оптического излучения 1,01,6 мкм. В качестве полупроводника первого типа проводимости 2 берется полупроводник - толщиной 400 мкм и с концентрацией донорной примеси 21018 см-3. Затем методом газофазной эпитаксии на полупроводнике первого типа проводимости 2 последовательно выращиваются широкозонный непоглощающий полупроводник с собственной проводимостью 3, в качестве которого берется нелегированный полупроводник 0- толщиной 0,2 мкм и с концентрацией остаточной донорной примеси 51014 см-3, поглощающий полупроводник с собственной проводимостью 4, в качестве которого берется нелегированный поглощающий полупроводник 0-0,530,47 толщиной 0,6 мкм и с концентрацией остаточной донорной примеси 51014 см-3, полупроводник второго типа проводимости 5, в качестве которого берется полупроводник - толщиной 1,0 мкм и с концентрацией акцепторной примеси 21018 см-3. Затем методом вакуумного напыления на полупроводнике второго типа проводимости 5 формируется второй металлический электрод 6 из сплава , образующий с ним омический контакт. Во втором металлическом электроде 6 методом фотолитографии формируется отверстие 7 диаметром 15 мкм для ввода оптического излучения в область - перехода фотодиода. Затем на обратной стороне полупроводника первого типа проводимости 2 методом вакуумного напыления формируется первый металлический электрод 1 из сплава , образующий с ним омический контакт. Источники информации 1.,4675624,23, 1987. 2.,4751513,14, 1988. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3