Technische Optik in der Praxis

196 7 Optoelektronik-Komponenten
zielt, wenn die Photonen die an Ladungsträgern verarmte Sperrschicht erreichen
und dort absorbiert werden. Die Photonenabsorption in Bereichen mit
höherer Rekombination verringert den Wirkungsgrad ebenso wie Reflexionsverluste
an der Detektoroberfläche.
Eine pin-Fotodiode mit Antireflexschicht, deren prinzipieller Aufbau in
Abb. 7.18 dargestellt wird, besitzt einen hohen Quantenwirkungsgrad und
sehr gute dynamische Eigenschaften. Die Photonen gelangen durch die Antireflex-
und die dünne p-Si-Schicht in den breiten eigenleitenden i-Halbleiterbereich.
Dort erfolgt die Absorption. In dem sehr homogenen elektrischen
Feld der ladungsträgerarmen i-Schicht werden die gebildeten Elektron-Loch-
Paare getrennt und mit hoher Geschwindigkeit transportiert. Mit Hilfe einer
äußeren Sperrspannung sind sehr starke elektrische Felder und Grenzfrequenzen
im GHz-Bereich erzeugbar.
Bei genügend freier Weglänge sowie hoher Sperrspannung (nahe der Durchbruchsspannung)
können die Ladungsträger sehr hohe Energien aufnehmen
und selbst zur Ladungsträgergeneration beitragen (> 1,5 Eg). Dieser Effekt
wird bei der Lawinen-Fotodiode (Avalanche Photodiode, APD) zur Verstärkung
des Fotostroms ausgenutzt. Heterostrukturen erlauben den Aufbau von
APDs, bei denen die photonenbedingte Ladungsträgergeneration räumlich getrennt
von der Ladungsträgervervielfachung erfolgt, um nur den Fotostrom
zu verstärken. Der Multiplikationsfaktor ist von der Temperatur und stark
von der Sperrspannung abhängig. Es werden Stromverstärkungen von bis zu
vier Größenordnungen erreicht (typisch um 10 2 ).
Fotodioden werden aus verschiedensten Halbleitermaterialien und mit
unterschiedlichen optisch empfindlichen Flächen hergestellt. Entsprechend
vielfältig fallen die Bauformen, zu denen auch Arrays gehören, aus.
Silizium-Fotodioden eignen sich für den Wellenlängenbereich von 0,2
(Siliziumkarbid) bis 1,1 µm [16]. Die spektrale Stromempfindlichkeit einer
typischen Si-Fotodiode erreicht ihr Maximum von 0,6 A/W oberhalb 0,9 µm.
Abb. 7.18. pin-Fotodiode