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フォトダイオード
snow16の回答
PD中で光はp型、n型の電極層にはさまれたi層で吸収されます。フォトンが１個吸収されると、１対の電子とホールが生成されて、電子は伝導帯を通ってn型電極へ、ホールは価電子帯を通ってp型電極に達し、電流出力を発生します。これがPDの基本動作原理であることは、良くご存じと思います。 PDのi層に入射した光は、i層中を伝搬しながら、単位長さあたりある一定の割合で吸収されていきます。この割合を吸収係数と呼びます。吸収係数aのi層の中を伝搬する光はexp(-ax)に比例して減衰していきますので、i層の厚みがdの場合には、量子効率は(1-exp(-ad))に比例することになります。いろいろ調べられたようですので、きっとこれもご存じと思います。 さて、ここで上に書いたPDの動作状態をもう一度見直してみると、「単位長さあたりある一定の割合で吸収される」限りにおいては、量子効率は光の入力パワーに依存せず一定になることに気付きます。これが、光の入力パワーが低い領域において量子効率が一定であることの理由です。 一方、「単位長さあたりある一定の割合で吸収され」ない場合はどんな場合かというと、光の入力パワーが大きくて、伝導帯や価電子帯に生成されたキャリアがなかなか電極にはけていかない状態です。キャリアが残っていると、電子とホールを対生成できないため、光を吸収できなくなります。このため、光の入力パワーを大きくすると出力は飽和します。一般のPDに用いる半導体では、価電子帯の重いホールの寄与が大きく、その移動度が低いためにこうした現象が生じます。
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