硅光电二极管结构特性研究

宋玲玲

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110000）

1 引 言

光电二极管和普通的二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但结构上有特殊之处，例如，光电二极管使用时要反向接入电路中[1]。当无光照时，电路中的反向饱和漏电流很小，称为暗电流，范围在1×10-8A 到1×10-9A 之间，此时相当于光电二极管截止；当有光照射时，PN 结受光子轰击，吸收光子能量的价电子被激发产生电子空穴对，相比多数载流子来说这些被激发的载流子影响并不大，但对P、N 区的少数载流子来说，少子数量明显增加。通过反向电压的作用，反向饱和漏电流大幅提升，形成了光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化[2]。大部分光电器件应用产品正是基于这一原理使各自功能得以实现。

2 硅光电二极管基本结构及原理

光电二极管是一种能够实施光电转换的器件，其基本原理是当光线照射在PN 结结面上时，PN 结通过吸收将光能转变为电能[3]，此为一个吸收过程。

硅光电二极管是在N 型单晶硅衬底上扩散一层P 型杂质，形成一个较薄的P+型扩散层[4]。平面扩散型PN 结硅光电二极管的基本结构如图1 所示。通过注入扩散成P+N 结，P+区的光子到达PN 结区产生光电子；另外，为了实现欧姆接触，在N 型单晶硅衬底背面注入扩散形成高浓度N+扩散区。硅光电二极管的等效电路如图2 所示。

图1 平面扩散型PN 结硅光电二极管结构图

图2 等效电路图

图2 中电流源IS是硅光电二极管受光照激发后所产生的光电流IL、暗电流Id和噪声电流In之和，即：