雪崩光電二極管工作原理

雪崩光電二極管是一種p-n結(jié)型的光檢測(cè)二極管，其中利用了載流子的雪崩倍增效應(yīng)來放大光電信號(hào)以提高檢測(cè)的靈敏度。其基本結(jié)構(gòu)常常采用容易產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)的Read二極管結(jié)構(gòu)（即N+PIP+型結(jié)構(gòu)，P+一面接收光），工作時(shí)加較大的反向偏壓，使得其達(dá)到雪崩倍增狀態(tài)；它的光吸收區(qū)與倍增區(qū)基本一致（是存在有高電場(chǎng)的P區(qū)和I區(qū)）。

目前光纖通信系統(tǒng)中使用的雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)形式有保護(hù)環(huán)型和拉通（又稱通達(dá)）型．前者是在制作時(shí)淀積一層環(huán)形的N型材料，以防止在高反壓時(shí)使P-N結(jié)邊緣產(chǎn)生雪崩擊穿．下面主要介紹拉通型雪崩光電二極管（ RAPD），它的結(jié)構(gòu)示意圖和電場(chǎng)分布如圖1所示．其中，圖（a）是縱向剖面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖（b）是將縱向剖面順時(shí)針轉(zhuǎn)900的示意圖；圖（C）是它的電場(chǎng)強(qiáng)度隨位置的分布圖。

由圖（b）可見，它仍然是一個(gè)P-N結(jié)的結(jié)構(gòu)形式，只不過其中的P型材料是由三部分構(gòu)成，光子從P+層射人，進(jìn)入I層后，在這里，材料吸收了光能并產(chǎn)生了初級(jí)電子一空穴對(duì)．這時(shí)，光電子在I層被耗盡層的較弱的電場(chǎng)加速，移向P-N結(jié)．當(dāng)光電子運(yùn)動(dòng)到高場(chǎng)區(qū)時(shí)，受到強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用出現(xiàn)雪崩碰撞效應(yīng)，最后，獲得雪崩倍增后的光電子到達(dá)N+層，空穴被P+層吸收．P+之所以做成高摻雜，是為了減小接觸電阻以利與電極相連。

由圖（C）還可以看出，它的耗盡層從結(jié)區(qū)一直拉通到I層與P+層相接的范圍內(nèi)，在整個(gè)范圍內(nèi)電場(chǎng)增加較?。@樣，這種RAPD器件就將電場(chǎng)分為兩部分，一部分是使光生載流子逐漸加速的較低的電場(chǎng)，另一部分是產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)的高電場(chǎng)區(qū)，這種電場(chǎng)分布有利于降低工作電壓．

前面介紹了雪崩光電二極管具有雪崩倍增效應(yīng)這個(gè)有利面．但是，由于雪崩倍增效應(yīng)的隨機(jī)性，會(huì)帶來它的不利的方面，這就是這種隨機(jī)性將引入噪聲．

如果不采用APD，則必然要采用多級(jí)電的放大器．顯然，這也要引入噪聲．兩者相比，還是采用APD較為有利．雪崩光電二極管隨使用的材料不同有：Si-APD（工作在短波長(zhǎng)區(qū)）；Ge-APD，InGaAs-APD等（工作在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)）．