一、基本定义

雪崩光电二极管是一种p-n结型的光检测二极管，它利用载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号，从而提高检测的灵敏度。这种二极管在反向偏压下工作，当入射光被p-n结吸收后，会形成光电流，并且在高反向偏压下，光电流会成倍地激增，即产生“雪崩”现象。

▲ 图1：雪崩二极管实物图

二、基本结构

PIN 光电二极管和雪崩光电二极管的结构相似，包括两个重掺杂区和两个轻掺杂区，重掺杂区域是 P+ 和 N+，而轻掺杂区域是 I和P。

▲ 图2：雪崩二极管基本结构

在本征区中，与 PIN 光电二极管相比，雪崩光电二极管的耗尽层宽度相当薄。此处，p+ 区的作用类似阳极，而 n+ 区的作用类似阴极。

与其他光电二极管相比，雪崩光电二极管在高反向偏置条件下工作。因此，通过光撞击或光子形成的电荷载流子使雪崩倍增。雪崩作用可使光电二极管的增益提高数倍，以提供高灵敏度范围。

▲ 图3：雪崩二极管电气符号

三、工作原理

雪崩光电二极管的工作原理基于光电效应和雪崩倍增效应。当入射光照射到二极管的p-n结上时，光子被吸收并激发出电子-空穴对。在反向偏压的作用下，这些电子-空穴对被加速，并可能获得足够的能量与晶格中的原子碰撞，从而产生新的电子-空穴对。这个过程不断重复，导致载流子和反向光生电流迅速增大，形成雪崩倍增效应。

四、基本特性

高灵敏度：由于雪崩倍增效应，雪崩光电二极管能够检测到非常微弱的光信号。
高速响应：雪崩光电二极管具有较快的响应速度，能够捕捉快速变化的光信号。
高增益：通过雪崩倍增效应，雪崩光电二极管能够实现光电流的放大，提高信号的输出幅度。
高量子效率：在某些波段，雪崩光电二极管的量子效率可以接近或达到100%，即几乎所有入射的光子都能被转换为电子-空穴对。

五、材料与应用

雪崩光电二极管可以由多种材料制成，如硅（Si）、锗（Ge）、铟镓砷（InGaAs）等。不同材料的雪崩光电二极管具有不同的光谱响应范围和性能特点。例如，硅APD在0.6～0.9μm波段具有接近理想的性能；而InGaAs/InP APD则是长波长（1.3μm、1.55μm）波段光纤通信比较理想的光检测器。

雪崩光电二极管的应用领域非常广泛，包括但不限于激光测距、激光雷达、共焦显微镜检查、视频扫描成像仪、高速分析仪器、自由空间通信、紫外线传感、分布式温度传感器等。此外，它还可以作为高速和高性能的光电门用于高速连接器和网络设备领域。

六、发展历史

雪崩光电二极管是由日本工程师Jun-ichi Nishizawa于1952年设计的。随着光电技术的不断发展，雪崩光电二极管的性能不断得到提升，并在各个领域得到了广泛的应用。

综上所述，雪崩光电二极管是一种高灵敏度、高速响应、高增益的光敏元件，在光电子领域中具有重要地位。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，雪崩光电二极管的性能和应用前景将会更加广阔。

揭秘雪崩光电二极管「结构、原理、特性」