光検出器

pin フォトダイオード

• 数GHzまでの高速応答

• 逆バイアス 空乏層を広げる

• 接合容量を小さく 高速応答

• 光吸収領域を拡大

p+ i n+ 構造

p+ 層 n+ 層拡散で移動：速度 ~ 104 cm/sｉ層のvd と比べて３桁小さい

拡散電流：応答速度の劣化量子効率低下（再結合）

逆バイアス ｉ層全体を空乏層空乏層電界 >103 V/cm光生成キャリア（空乏層）飽和ドリフト速度：107 cm/s で走行

ドリフト領域

設計方針光吸収層は空乏層ｉ層：光の侵入長（１／α）程度以上p+層：できるだけ薄く

設計方針光吸収層は空乏層ｉ層：光の侵入長（１／α）程度以上p+層：できるだけ薄く0.3 μm

光侵入長：Si: 10 ~ 20μm at λ= 800nm

動作電圧空乏層を十分に広げる為の電圧10 ~ 20V （比較的 低電圧）

アバランシェフォトダイオードＡＰＤ

• 逆バイアス 光吸収層を空乏層

• キャリアの衝突電離

• ｐｎ接合に近接した高電界領域(105 V/cm)• なだれ領域 衝突電離 光キャリアの増倍

• ＰＤに比べて高Ｓ／Ｎ

増倍率M = 1 / [1-(V/VB)n

n = 2~6

M=1000 at V~VB

電圧、温度変化増倍率の変動大降伏電圧の温度係数 ~0.2%/℃

光吸収領域

増倍領域

Ｓｉ-APDの動作

無反射コーテイング

ガードリング

Si-APD 空乏層 20 μmリーチスルー形 low-high-low 形電界を適度に抑え、低雑音、高量子効率、広い空乏層

• VB=100-150V 300ps

Ge-APDの動作

• 1.5 μm以下で吸収係数が大 104 cm-1

• 吸収長 数μm以下

• 広い空乏層を必要としない

• 簡単なp+n接合

• 降伏電圧 ~30V• 高速応答速度

200-250 ps

InGaAs-APDの動作

• 光吸収領域 InGaAs• なだれ増倍領域(pn接合) InP• InGaAsのpn接合: トンネル降伏が起こりやす

い為

• 受光波長0.95~1.65 μm• 量子効率 70~80%

分光感度特性

応答特性

• 光キャリアの走行時間

• ＣＲ時定数

• ＡＰＤ なだれ走行時間τeff

• 増倍率 Ｍ（ｆ）

• 帯域幅

• Ｓｉ－ＡＰＤ １．５ＧＨｚ at M=100

暗電流と増倍雑音

• 逆方向電流 Id• 表面漏れ電流 ＩＳＬ

• ショット雑音を誘起、Ｓ／Ｎ劣化

• 暗電流は小さい方が良い

信号対雑音比

受信レベル

ショット雑音

熱雑音

ＡＰＤの熱雑音

ＡＰＤの最適受信レベルS/N：21.59dB（誤り率10-9)