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Optoélectronique-hyperfréquence - IntroductionArticle de référence | Réf : E3331 v2
Auteur(s) : Didier DECOSTER
Date de publication : 10 janv. 2014
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La photodiode PIN est constituée de trois sections de semi-conducteurs : une couche intrinsèque, ou faiblement dopée, intercalée entre une couche p et une autre n, toutes deux fortement dopées. L'absorption interbande est responsable du courant de détection : un photon est absorbé si son énergie est supérieure à la valeur de l'énergie de la bande interdite de la couche semiconductrice considérée. Pour une utilisation aux longueurs d'onde télécom 1,3 et 1,55 μm, le matériau utilisé pour la couche absorbante est le GaInAs en accord de maille sur substrat InP. L'InP ou le GaInAsP sont transparents et peuvent jouer le rôle de couche fenêtre. C'est pourquoi les photodiodes PIN modernes sont à double hétérostructure InP/GaInAs/InP (ou GaInAsP) pour éviter de créer des paires électron-trou dans les régions dopées (figure 1). Sous polarisation inverse, la zone de déplétion s'étend à travers toute la couche intrinsèque et une petite partie des couches adjacentes. C'est cette propriété qui assure à ces photodiodes PIN leur grande efficacité : par fabrication, la zone d'absorption des photons n'est autre que la couche intrinsèque et la présence d'un champ important dans cette zone sépare efficacement les paires électron-trou.
L'efficacité quantique de la diode PIN est gouvernée par la réflexion à la surface du semi-conducteur et par l'épaisseur de la zone d'absorption. La traversée de la zone de déplétion par les porteurs définit le temps de transit et la capacité de la jonction dépend de la permittivité relative du semi-conducteur, de la surface et de l'épaisseur de la zone déserte. Puisque la capacité, le temps de transit et le rendement quantique d'une photodiode PIN sont interdépendants, la réalisation d'un tel composant à large bande passante est sujette à compromis. Une augmentation de l'épaisseur de la zone active améliore le rendement quantique et diminue la capacité ce qui tend à augmenter la bande passante, mais le temps de transit augmente, ce qui à l'inverse tend...
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ÉLECTRONIQUE
(1) - DECOSTER (D.), HARARI (J.) - Optoelectronics sensors - . Edition ISTE Ltd. and John Wiley & son, Inc. (2009).
(2) - GOUY (J.P.) - Étude comparative de la photodiode PIN, de la photodiode à avalanche et du photoconducteur sur matériaux III-V. - Thèse de l'université des Sciences et Technologies de Lille en Électronique (1989).
(3) - ASHOUR (I.S.), El KADY (H.), SHERIF (K.), VILCOT (J.P.), DECOSTER (D.) - Cutoff frequency and responsivity limitation of AlInAs/GaInAs MSM PD using a two dimensional bipolar physical model - . IEEE Transactions on Electronics Devices, vol. 42, p. 2285-2291, nov. 1995.
(4) - DECOSTER (D.), HARARI (J.), VILCOT (J.P.) - Metal semiconductor metal photodetector. - Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, vol. 12, p. 561-577.
(5) - KATO (K.) - Ultrawide-band/high-frequency Photodetectors. - IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques, vol. 47, no 7, p. 1265-1281, juil. 1999.
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