摘要：硅基雪崩光电探测器（Si-APD）性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计，而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究，提出了改善器件性能参数的工艺方法，最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。
关键词：硅基雪崩光电二极管 性能参数 结构设计
中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）01-0060-02
Abstract：Studying the characteristics of Si-APD can improve the device structure ，and the design of structure directly influences the photoelectric characteristics.This paper studies the characteristics and the structure of Si-APD， and puts forward a new technique method of improving device performance parameters， and design a structure of the silicon avalanche photodiode detector.
Key Words：Silicon avalanche photodiode；Performance parameters；Structure design
1 引言
雪崩光电二极管（APD）具有内部增益功能，其灵敏度和信噪比S/N都比较高，被广泛应用于激光测距、工业传感及各种光电成像系统和医疗检测 系统；光纤通信、大气通信及光电传输系统；同时也广泛应用于各种激光跟踪、制导，激光引信和激光预警等系统中[1]。目前，我国对光电探测器关键技术掌握 不足，特别是高性能的光电探测器，进而高性能的光电探测器都主要依赖从国外进口，因此很有必要对APD器件的性能和结构进行深入分析。
本文通过对APD器件特性参数进行了理论分析，提出了改善性能参数的方法，并设计了一种优化结构。
2 APD性能参数研究与优化
APD的工作机理：当入射光照射至器件表面（P+）时，光子在光吸收区产生光生载流子（空穴电子对），空穴电子对在雪崩光电二极管内部高电场 作用下高速运动，在运动过程中通过碰撞电离效应，产生数量是首次空穴电子对几十倍的二次、三次新空穴电子对，从而形成很大的光信号电流。
要获得到性能良好的APD器件，对器件的性能参数的深入分析研究是必不可少的。本文主要讨论APD的响应度、量子效率、暗电流和增益带宽等特性，分析影响性能的主要因素，为后续设计指明方向。
2.1 APD响应度和量子效率分析
2.3 其他特性
本文设计的一种硅基APD，除了上述性能外，与PIN管的特性比较如表1所示。
3 APD器件结构设计
APD结构是在PIN光电二极管的基础上，对P区和N区都进行了重掺杂，在邻近P区或N区引进n型或p型倍增区，从而形成雪崩光电二极管[4]。
根据前文对APD性能参数的优化分析，本文设计了一种拉通型硅基雪崩光电二极管的结构，如图1所示。
该结构采用高阻P-Si单晶片或外延片上依次进行P型和N型杂质的注入或扩散来实现。首先在外延片上进行硼扩散形成P+环（保护环），然后进行离子注入形成P-区，接着磷扩散形成N+区（光敏区），最后刻出电极孔，淀积金属铝，对芯片进行减薄，即形成APD基本结构。
本结构具有高增益带宽积，能与传统CMOS工艺良好兼容。
4 结语
本文通过对APD性能参数的研究，分析了影响性能参数的主要因素，并提出了优化器件特性的方法，最后设计了一种硅基拉通型APD光电探测器的结构。
参考文献
[1]邓大鹏，等.光纤通信原理（第二版）[M].人民邮电出版社，2009.
[2]吕华.雪崩光电二极管APD的特性与单光子探测研究[D].华南理工大学，2005.
[3]于国民，裘效诚，Cd0.2Hg0.8Te光电二极管表面漏电流的减少[J].红外与激光技术，2006，36（5）：525-532.
[4]石柱，何伟，贾文治，向秋澄.中心带雪崩光电二极管的InGaAs PIN四象限探测器[D].四川：西南技术物理研究所，2010，10.
