2. Зависимость предельной частоты InGaAs/InPp-I-nфотодиода от толщины поглощающегоi-слоя при различных диаметрах фоточувствительной области

Рис. 3.2. показывает, что для увеличения предельной частоты InGaAs/InPp-i-nфотодиодов свыше нескольких десятков гигагерц необходимо существенно уменьшать площадь фоточувствительную области фотодиода. Однако это приводит к увеличению последовательного сопротивленияR_sи уменьшению тока насыщенияp-i-nфотодиода из-за уменьшения размеров поглощающей области. Из рисунка также видно, что наиболее быстродействующийInGaAs/InPp-i-n фотодиод, обладающий практически 100% квантовой эффективностью, должен иметь толщину поглощающегоi-слоя 2.5 мкм.

Рис. 3.3. показывает эквивалентную электрическую схему высокоскоростного InGaAs/InPp-i-nфотодиода, которая состоит из источника фототокаI_ph, дифференциального сопротивленияR_pnи емкостиC_pnp-nперехода фотодиода, паразитной емкостиС_s, последовательного сопротивления контактовR_s, емкости корпусаC_pи индуктивности корпусаL_p. ЭлементыI_ph,R_pnиC_pnэлектрической цепи фотодиода являются активными и зависят от частоты, напряжения смещения и мощности падающего на фотодиод оптического излучения. Элементы цепиR_s,С_s,L_pиC_pявляются пассивными элементами и определяются только конструкциейp-i-nфотодиода. Паразитная емкостьC_sявляется емкостью МДП-структуры кристалла фотодиода, которая состоит из металла контакта кp⁺-области, пассивирующего диэлектрика и полупроводниковой структуры фотодиода. Индуктивность корпуса складывается из индуктивности проволоки, соединяющей кристалл фотодиода с ножками корпуса и индуктивности ножек корпусаL_p. Емкость корпуса определяется как непосредственно геометрическими размерами корпуса и расположением ножек, так и расположением кристалла в корпусе. Для достижения максимальной предельной частоты при разработкеp-i-nфотодиода необходимо минимизировать значения элементовR_s,С_s,L_pиC_p.

3. Эквивалентная электрическая схема p-I-nфотодиода

4. Объект исследования

В данной лабораторной работе исследуется волоконно-оптический фотодиодный модуль, который представляет собой кристалл планарного InGaAs/InP p-i-nфотодиода с диаметром фоточувствительной области 1000 мкм, соединенный с одномодовым оптическим волокном и помещенный в герметичный металлический корпус (2Рис. 4.2.).InGaAs/InPp-i-nфотодиод работает в спектральном диапазоне от 800 до 1700 нм (2Рис. 4.1.), имеет чувствительность 1.08 А/Вт на длине волны 1.55 мкм и темновой ток менее 1 нА при напряжении смещения -5 В. Исследуемый волоконно-оптический фотодиодный модуль предназначен для волоконно-оптических измерительных систем.

5. Описание лабораторной установки и методов измерения

Рис. 5.1. показывает блок-схему лабораторной установки, в состав которой входят:

• стенд для измерения амплитудно-частотной характеристики p-i-nфотодиода;

• осциллограф универсальный C1-157;

• генератор сигналов сложной формы Г6-45;

• персональный компьютер с COM-портом и с интерфейсной программой, управляющей работой стенда.

Лабораторная установка позволяет измерять амплитудно-частотную характеристику и время нарастания и спада p-i-nфотодиода в зависимости от напряжения питания, устанавливаемого интерфейсной программой. Выходной оптический сигнал лазерного диода формируется ВЧ генератором с помощью прямой модуляции тока накачки. Оптический сигнал лазерного диода по одномодовому волоконно-оптическому кабелю поступает наp-i-nфотодиод. ФотосигналU_outна сопротивлении нагрузкиp-i-nфотодиода отображается на экране осциллографа.

1 – порт управления стендом

2 – клемма заземления

3 – разъем питания

4 – входной ВЧ разъем лазерного диода

5 – выходной ВЧ разъем фотодиода

6 – выходной оптический разъем лазерного диода

7 – входной оптический разъем фотодиода