半导体光检测器

    在P-N结间由于载流子的扩散作用形成宽为W的耗尽层，并产生图示方向的内建电场。如将P-N结部连接，由于耗尽层内缺乏载流子，外电路中无电流。这时用适当波长的光去照射，则在外电路中产生相应的电流—光生电流。图（1-b）表示P-N结的能带图，在光照射下价带Ev中的电子吸收光子跃迁到导带民，在价带留下了空穴（这种在光作用下产生的载流子叫光生载流子）。它们在耗尽层内在内建电场作用下作漂移运动；在耗尽区外先靠扩散作用进入耗尽层，再做漂移运动，这样就在外电路中形成反向电流，即光生电流。这种由于光的照射而产生电流的效应叫光电效应。另有在耗尽层中产生的光生载流子才能有效地形成光生电流，因而为提高光电转换的效率，需使耗尽层加宽。光电二极管加反向偏压工作，就是为此目的。
    PIN光电二极管是在P层和N层之间加了较宽的近于本征半导体的轻掺杂I层，在反向偏压作用下，其中载流子被扫清，使其耗尽层大大加宽，因而其光电转换效率比P-N结光电二极管大为提高。
    APD光电二极管，即雪崩光电二极管是有增益的光电器件，其增益由雪崩倍增效应产生。APD管工作时反偏压很高，光生载流子在耗尽层的高电场区获得很大的动能，产生雪崩式碰撞，使光电流获得了雪崩倍增。
    特性①响应度R和量子效率η：响应度R，表明将光功率转换为电流的能力，是波长λ的函数：R(λ)≡I/P，P为输入的光功率，I为输出的光电流；量子效率η的含意为平均每个光子所能激发的载流子数，η(λ)≡，式中e为电子电荷，hγ为入射光子能量。R和η之间的关系为，式中M为APD的倍增因子。对无倍增器件M=l；②光谱响应：是R（λ）随入射光波长变化的特性，R（λ）降到峰值一半对应的波长，长波侧称长波限（取决于材料的带隙），短波侧称短波限（取决于吸收系数的陡增）；③噪声等效功率：NEP≡P/()，式中S为有用信号电流，N为噪声电流，△f为接收机带宽，④暗电流：无光照时，器件在工作点的电流。它是直流噪声的主要来源，它包括扩散电流，耗尽层的复合电流，隧道电流及表面漏电流；⑤脉冲响应时间：指对瞬变光信号的响应能力，包括脉冲上升时间τr和脉冲下降时间τf。如果检测器的响应速度跟不上光信号的变化，输出的光电流将随着调制频率的提高而减小。其它还有伏安特性、温度特性及退化特性等。
    在0.8～0.9μm波段，硅APD已具有接近理想的性能。在1.3～1.55μm波段，使用的三种光检测器的比较见表所列。这些器件的性能都尚未达到完善的地步。大于1.6μm波段，可使用AlGaSb（铝镓锑）/GaSb（镓锑化物），HgCdTe/CdTe的光检测器。

    利用半导体P-N结的内光电效应把光信号转变为电信号的光器件。光纤通信用的半导体光检测器有半导体光电二极管（P-N结或PIN）和半导体雪崩光电二极管（APD）；光电子集成中也用肖特基势垒或光晶体管。它们都具有体积小、灵敏度高、响应速度快和噪声较低等优点。