T245有源器件-<為何APD最大輸入光功率小於PIN>續

感謝素未謀面的趙老師指導，做了十幾年工藝研究，不吝賜教，nini深為感激！

T242講了為何APD最大輸入光功率小於PIN。n補充 APD最大輸入光功率小於PIN不是因為APD的電容小，而是因為APD中有強電場和強電場造成的雪崩倍增效應。

要理解這一問題，要講講APD原理，這裡盡量不寫公式。

1、載流子倍增

載流子在外電場加速下，獲得足夠能量，撞擊晶格產生新的載流子的過程，載流子呈指數增加，產生鏈式反應。

（這個鏈式反應和金三胖搞的彈彈在數學上是一樣的，物理上不同，原子彈是中子的鏈式反應）。

這個鏈式反應使載流子數量無限增加，達到不可控了就是雪崩擊穿。（原子彈）

APD作為一個光接收元件，鏈式反應要可控，倍增因子控制在10或15以內（單光子APD除外），就要控制工作電壓低於擊穿電壓。（原子能發電）

2、碰撞電離係數，又稱離化係數

表徵電子和空穴在一定電場下一定距離內發生雪崩倍增的概率或能力。

（注意離化係數不僅和材質有關，和溫度也有關，高溫下離化係數減小，所以APD控制電路中有溫度補償，這裡不討論，只看看各種材料的離化係數。）

以砷化鎵為例說明一下：

GaAs(AlxGa1-xAs)的碰撞電離係數（x為Al組分）。

α為電子的碰撞電離係數

β為空穴的碰撞電離係數

對應GaAs材料來說，α>β,也就是說相同電場情況下電子碰撞晶格新產生的電子空穴對比空穴碰撞晶格新產生的電子空穴對要多。

因為GaAs的α>β，以GaAs為倍增層的APD，電子碰撞電離佔主導，空穴（不論是注入倍增層還是在倍增層新產生的）的碰撞電離貢獻可以忽略，那麼我們習慣上說GaAs倍增層的APD是電子倍增。

與GaAs相同，α>β的材料還有Si和AlInAs等，以他們為倍增層的APD，俺們都稱之為電子倍增的APD。

可是，我們常用的InP-APD，倍增層是InP材料，對於InP, α<β, 俺們（nini備註：這是專家自謙）都稱之為空穴倍增的APD。

3、光通信常用的APD，兩種典型結構和其中電場分布

上圖（InP倍增）是正入射結構，下圖（InAlAs倍增）是背入射結構，電場強的區域好像是一樣的，其實不一樣。要是從InGaAs吸收區角度來看，InP倍增層一定在P型一側，InAlAs倍增層一定在N型一側。

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