雪崩光电二极管工作原理

雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。其基本结构常常采用容易产生雪崩倍增效应的Read二极管结构（即N+PIP+型结构，P+一面接收光），工作时加较大的反向偏压，使得其达到雪崩倍增状态；它的光吸收区与倍增区基本一致（是存在有高电场的P区和I区）。

目前光纤通信系统中使用的雪崩光电二极管结构形式有保护环型和拉通（又称通达）型．前者是在制作时淀积一层环形的N型材料，以防止在高反压时使P-N结边缘产生雪崩击穿．下面主要介绍拉通型雪崩光电二极管（ RAPD），它的结构示意图和电场分布如图1所示．其中，图（a）是纵向剖面的结构示意图；图（b）是将纵向剖面顺时针转900的示意图；图（C）是它的电场强度随位置的分布图。

由图（b）可见，它仍然是一个P-N结的结构形式，只不过其中的P型材料是由三部分构成，光子从P+层射人，进入I层后，在这里，材料吸收了光能并产生了初级电子一空穴对．这时，光电子在I层被耗尽层的较弱的电场加速，移向P-N结．当光电子运动到高场区时，受到强电场的加速作用出现雪崩碰撞效应，最后，获得雪崩倍增后的光电子到达N+层，空穴被P+层吸收．P+之所以做成高掺杂，是为了减小接触电阻以利与电极相连。

由图（C）还可以看出，它的耗尽层从结区一直拉通到I层与P+层相接的范围内，在整个范围内电场增加较小．这样，这种RAPD器件就将电场分为两部分，一部分是使光生载流子逐渐加速的较低的电场，另一部分是产生雪崩倍增效应的高电场区，这种电场分布有利于降低工作电压．

前面介绍了雪崩光电二极管具有雪崩倍增效应这个有利面．但是，由于雪崩倍增效应的随机性，会带来它的不利的方面，这就是这种随机性将引入噪声．

如果不采用APD，则必然要采用多级电的放大器．显然，这也要引入噪声．两者相比，还是采用APD较为有利．雪崩光电二极管随使用的材料不同有：Si-APD（工作在短波长区）；Ge-APD，InGaAs-APD等（工作在长波长区）．