第3章通信用光器件.ppt

第 3 章 通信用光器件 3.2 光检测器 五、光电探测器生产企业 You have completed your tertiary education. You are ready to take on the world and achieve your professional goals. If you are seeking to kick start your career in a multi-national set-up, come and join OSRAMs Fresh Graduates Program we will guide you along the path to a bright future ... OSRAM Opto Semiconductors division has manufacturing facilities at its corporate headquarters in Regensburg, Germany and its sales marketing, development and manufacturing sites in Penang, Malaysia, San Jose, California Shanghai, China.So the opportunities awaiting you are almost unlimited 三、雪崩光电二极管(APD Avalanche Photodiode Diodes ) APD就是根据这种特性设计的器件。 根据光电效应，当光入射到PN结时， 光子被吸收而产生电子 - 空穴对。 随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。 当反向偏压增加 到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB。 （一）APD的工作原理 如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。 所以这种器件就称为雪崩光电二极管(APD)。 如果电压增加到使电场达到200 kV/cm以上，初始电子(一次电子)在高电场区获得足够能量而加速运动。 高速运动的电子和晶格原子相碰撞， 使晶格原子电离，产生新的电子 - 空穴对。 新产生的二次电子再次和晶格原子碰撞。 N+PΠP+结构被称为拉通型APD。 转换效率高、响应速度快、附加噪声低 偏压加大到一定值后，耗尽层拉通到 层一直抵达 接触层，一种全耗尽结构。 APD的响应度比PIN增加了g倍。 对APD特性新引入的参数是倍增因子和附加噪声指数 倍增因子 倍增因子g(一次光生电流产生的平均增益的倍数)定义为APD输出光电流Io和一次光生电流IP的比值。 (3.25) (3.26) 为反向偏压，UB为击穿电压，n为与材料特性和入射光波长有关的常数，R为体电阻。 当U≈UB时，RIo/UB1，上式可简化为 (3.26) (3.27) 现有的APD的g值可达几十甚至上百，随反向偏压、波长和温度而变化。 2. 过剩噪声因子 APD的均方量子噪声电流为  〈i2q〉=2eIpBg2 (3.26a) 引入新的噪声成分， 并表示为附加噪声因子F。 F(1)是雪崩效应的随机性引起噪声增加的倍数，设F=gx，APD的均方量子噪声电流应为  〈i2q〉=2eIpBg2+x (3.26b) 式中， x为附加噪声指数。  同理，APD暗电流产生的均方噪声电流应为 〈 i2d〉=2eIdBg2+x (3.27) 附加噪声指数x与器件所用材料和制造工艺有关 Si-APD的x=0.3~0.5， Ge-APD的x=0.8~1.0， InGaAs-APD的x=0.5~0.7。 当式(3.26)和式(3.27)的g=1时，得到的结果和PIN相同。 四、光电二极管一般性能和应用 表3.3和