PINフォトダイオードとは
PINフォトダイオードは、照射された光を電気信号に変換するフォトダイオードの一種です。
フォトダイオードには、主にPN型、PIN型、APD（Avalanche photodiode）の3種類のタイプがあり、PINフォトダイオードは、P型半導体とN型半導体の間に絶縁体の真性半導体であるI型半導体（Intrinsic semiconductor）を挿入した構造をしています。
P型半導体とN型半導体のPN結合で構成されたPNフォトダイオードに比べ、PINフォトダイオードは、光を照射してから電気信号に変換されるまでの応答速度が速いという特徴があります。
PINフォトダイオードの使用用途
PINフォトダイオードは、高感度で応答速度が速いという特徴を持ち、フォトダイオードの中では最も使われています。
具体的には、デジタルカメラなどのCCDやCMOSセンサーの受光素子、CDや DVDの光ピックアップ、リモコンの受信装置、光通信システムの受信機、光度計・露出計など光検出器、バーコードリーダー、文字読取り装置、車載向けの太陽光センサー・トンネルセンサーや、X線検出器・放射線検出器など、幅広い分野で使用されています。
PINフォトダイオードの原理
PINフォトダイオードは、P型半導体とN型半導体の間に絶縁体のI型半導体をはさんだ構造をしています。
P型半導体領域が受光面、N型半導体側が基板側、I型半導体領域は空乏層の代わりとなって光吸収領域になります。P層は内部まで受光しやすいように非常に薄く、光吸収層になるI層は比較的厚い構成になっています。
P側にマイナス、N側にプラスの逆バイアスを印加すると、P層の正孔はマイナス側に、N層の電子はプラス側に移動し、中間層はキャリアがほとんど存在しない空乏層になります。I層にはもともとキャリアが存在しないので、I層の厚さだけ空乏層の幅は広がります。
この状態で、P層側からバンドギャップよりも大きいエネルギーを持つ光が照射されると、電子が光励起されて自由電子になり、その跡に正孔ができます。空乏層で生成された電子はN層へ、正孔はP層へ移動し、PINフォトダイオードには光電流が流れます。このとき、電流の大きさは入射した光の強さに比例します。
PINフォトダイオードでは、I層によって形成された広い空乏層に逆バイアスが印加されているため、PNフォトダイオードに比べてキャリアの移動速度が速く、受光素子としての応答速度が速いという特徴があります。また、光吸収領域である空乏層が広いため、感度も高くなります。