雪崩光電二極管

雪崩光電二極管是一種p-n結型的光檢測二極管，其中利用了載流子的雪崩倍增效應來放大光電信號以提高檢測的靈敏度。其基本結構常常採用容易產生雪崩倍增效應的Read二極管結構（即N+PIP+型結構，P+一面接收光），工作時加較大的反向偏壓，使得其達到雪崩倍增狀態；它的光吸收區與倍增區基本一致（是存在有高電場的P區和I區）。

P-N結加合適的高反向偏壓，使耗盡層中光生載流子受到強電場的加速作用獲得足夠高的動能，它們與晶格碰撞電離產生新的電子一空穴對，這些載流子又不斷引起新的碰撞電離，造成載流子的雪崩倍增，得到電流增益。在0.6～0.9μm波段，硅APD具有接近理想的性能。InGaAs（銦鎵砷）/InP（銦磷）APD是長波長（1.3μn，1.55μm）波段光纖通信比較理想的光檢測器。光的吸收層用InGaAs材料，它對1.3μm和1.55μn的光具有高的吸收係數，為了避免InGaAs同質結隧道擊穿先於雪崩擊穿，把雪崩區與吸收區分開，即P-N結做在InP窗口層內。鑑於InP材料中空穴離化係數大於電子離化係數，雪崩區選用n型InP，n-InP與n-InGaAs異質界面存在較大價帶勢壘，易造成光生空穴的陷落，在其間夾入帶隙漸變的InGaAsP（銦鎵砷磷）過渡區，形成SAGM（分別吸收、分級和倍增）結構。

在APD製造上，需要在器件表面加設保護環，以提高反向耐壓性能；半導體材料以Si為優（廣泛用於檢測0.9um以下的光），但在檢測1um以上的長波長光時則常用Ge和InGaAs（噪音和暗電流較大）。這種APD的缺點就是存在有隧道電流倍增的過程，這將產生較大的散粒噪音（降低p區摻雜，可減小隧道電流，但雪崩電壓將要提高）。一種改進的結構是所謂SAM-APD：倍增區用較寬禁帶寬度的材料（使得不吸收光），光吸收區用較窄禁帶寬度的材料；這裏由於採用了異質結，即可在不影響光吸收區的情況下來降低倍增區的摻雜濃度，使得其隧道電流得以減小（如果是突變異質結，因為ΔEv的存在，將使光生空穴有所積累而影響到器件的響應速度，這時可在突變異質結的中間插入一層緩變層來減小ΔEv的影響）。 ^[1] 

主要特性 ①雪崩增益係數M（也叫倍增因子），對突變結

式中V為反向偏壓，VB為體雪崩擊穿電壓；n與材料、

器件結構及入射波長等有關，為常數，其值為1～3。②增益帶寬積，增益較大且頻率很高時，

M(ω)·ω

式中ω為角頻率；N為常數，它隨離化係數比緩慢變化；W為耗盡區厚度；Vs為飽和速度；αn及αp分別為電子及空穴的離化係數，增益帶寬積是個常數。要想得到高乘積，應選擇大Vs，小W及小αn/αp（即電子、空穴離化係數差別要大，並使具有較高離化係數的載流子注入到雪崩區）。③過剩噪聲因子F，在倍增過程中，噪聲電流比信號電流增長快，用F表示雪崩過程引起的噪聲附加F≈Mx。式中x稱過剩噪聲指數。要選擇合適的M值，才能獲得最佳信噪比，使系統達到最高靈敏度。④温度特性，載流子離化係數隨温度升高而下降，導致倍增因子減小、擊穿電壓升高。用擊穿電壓的温度係數盧描述APD的温度特性。

β=

式中VB及VB0分別是温度為T及T0時的擊穿電壓。

使用時要對工作點進行温控，要製造均勻的P-N結，以防局部結面被擊穿。

理論上，在倍增區中可採用任何半導體材料：

硅材料適用於對可見光和近紅外線的檢測，且具有較低的倍增噪聲（超額噪聲）。

鍺(Ge)材料可檢測波長不超過1.7µm的紅外線，但倍增噪聲較大。

InGaAs材料可檢測波長超過1.6µm的紅外線，且倍增噪聲低於鍺材料。它一般用作異構(heterostructure)二極管的倍增區。該材料適用於高速光纖通信，商用產品的速度已達到10Gbit/s或更高。

氮化鎵二極管可用於紫外線的檢測。

HgCdTe二極管可檢測紅外線，波長最高可達14µm，但需要冷卻以降低暗電流。使用該二極管可獲得非常低的超額噪聲。 ^[2] 

每個模塊包括一個光電探測器(快速光電二極管或雪崩光電二極管)和一個互阻抗放大器。同一封裝中兼備放大器和光探測器，使其環境噪聲更低，寄生電容更小。

C30659 系列模塊包括一個連接到低噪聲互阻抗放大器的APD。有4種型號使用硅晶體雪崩光電二極管和2 種型號銦鎵砷雪崩光電二極管可選擇。50 兆赫和200 兆赫的標準頻帶寬度可以適應大範圍應用。另有兩種C30659 型號的雪崩光電二極管配置熱電製冷(LLAM 系列)，幫助改善噪音或保持雪崩光電二極管在任何環境温度下恆温工作。

C30659 型號可以根據特殊應用需要，選擇一種定製頻帶寬度或適合特殊環境要求的定製產品。另有一種帶尾纖封裝14 插腳雙列直插式插件，可以達到幾乎100 %耦合效率。

C30950EH是可以替代C30659 的低成本型產品。放大器用來抵消電壓增益放大器的輸入電容。C30919E 與C30950EH 使用相同設計結構，多了一個高壓温度補償電路以保持模塊在寬温度範圍內的響應性常數。另兩種HUV 模塊可用於低頻高增益應用，它涵蓋了從紫外線到接近紅外線的廣譜範圍。

· 超低噪聲· 高速· 高互阻抗增益

常用型號:C30659-900-R5BH，C30659-900-R8AH, C30659-1060-R8BH，C30659-1060-3AH

C30659-1550-R08BH，C30659-1550-R2AH, C30919E, C30950EH,LLAM-1550-R2A, LLAM-1060-R8BH

HUV-1100BGH,HUV-2000BH

如圖《硬件圖片展示》所示

· 激光測距儀· 共焦顯微鏡檢查· 視頻掃描成像儀· 高速分析儀器· 自由空間通信

· 紫外線傳感· 分佈式温度傳感器 ^[3]