半导体雪崩光电二极管

当添加具有足够高的反向偏压的半导体二极管时，在耗尽层中移动的载流子可以雪崩乘以碰撞电离效应。在研究半导体二极管的反向击穿机制时首次发现了这种现象。
当载波的雪崩增益非常高时，二极管进入雪崩击穿状态;以前，只要耗尽层中的电场足以引起碰撞电离，穿过耗尽层的载流子将具有一些平均值。雪崩增加值。
碰撞电离效应还可以引起光生载流子的雪崩倍增，使得半导体光电二极管具有内部光电流增益。 1953年，K.G。
麦凯和K.B. McCaffer报道了钽和硅PN结的光电流倍增接近击穿。 1955年，SL Miller指出，在突变PN结中，载波的倍增因子M随反向偏压V的变化可用下面的经验公式近似：M = 1 / [1-（V / VB）中等VB是体击穿电压，n是与材料性质和注入载体类型有关的指数。
当施加的偏压非常接近体击穿电压时，二极管实现高光电流增益。在任何小局部区域中PN结的早期击穿限制了二极管的使用，因此仅当实际器件在PN结上高度均匀时才获得有用的平均光电流增益。
因此，从操作的角度来看，雪崩光电二极管实际上是高度均匀的半导体光电二极管，其操作接近（但未达到）雪崩击穿状态。

与真空光电倍增管相比，雪崩光电二极管具有体积小，电压高的优点，因此更适合实际应用。
与一般的半导体光电二极管相比，雪崩光电二极管具有高灵敏度和高速度。优点，特别是当系统带宽相对较大时，可以大大提高系统的检测性能。


载流子在耗尽层中获得的雪崩增益越大，雪崩倍增过程所需的时间越长。因此，雪崩倍增过程受到“增益带宽乘积”的限制。
在高雪崩增益的情况下，这种限制可能是影响雪崩光电二极管响应速度的主要因素之一。然而，在中等增益下，与影响光电二极管响应速度的其他因素相比，此限制通常不起主要作用，因此雪崩光电二极管仍可实现高响应速度。
现代雪崩光电二极管增益带宽产品已达到几百GHz。与一般的半导体光电二极管一样，雪崩光电二极管的光谱灵敏度主要取决于半导体材料的禁带宽度。
用于制备雪崩光电二极管的材料包括III-V族化合物，例如硅，锗，砷化镓和磷化铟以及它们的三元和四元固溶体。根据形成耗尽层的方法，雪崩光电二极管具有PN结型（均匀或非均匀结构的PN结，其中一般PN结，PIN结和诸如N +PπP+的特殊结构）结），金属半导体肖特基势垒型和金属氧化物半导体结构等。