文章來源：睞芯科技LightSense

原文作者：LIG

本文介紹了光通信中的光電二極管的工作原理，及其響應度和效率的概念。

光纖傳輸的光通過光電二極管在接收端變成電信號。

光電二極管的各種特性影響接收機前端的靈敏度和速度。

光電二極管對輸入光產生電流，某種意義上是激光二極管的逆過程。如果用光來說明pn結，價帶中的電子可能受激躍遷到導帶。結果是，一個光子被吸收，產生一對能夠導電的自由電子-空穴對。

如果光子能量Ep超過材料的帶隙能量Eg，該現象就會產生。光子能量由普朗克等式給出：

其中，j.s表示普朗克常數。所以，光波長必須小于閾值以激發載流子產生。

在pn結中產生自由電子-空穴對使反向“擊穿”特性向原點移動, 見圖(a)。確實，如果反向電壓加在二極管上，光激發的自由電子和空穴被電源的相反極性吸收，產生連續電流(b)。

應注意到，光電二極管的動作大部分發生在耗盡層；二極管其他區域的電場較小，在它們離開此區域時可能復合。由于該原因，高效的光電二極管工作需要反偏電壓和較大的耗盡層。

響應度和效率

光電二極管產生的電流Ip與光功率Pop成如下線性關系：

其中，稱為“響應度”。例如，某些光電二極管的響應度為1A/W，也即，當用合適波長的1mW的光照射時，光電二極管產生1mA的電流。通過加寬光電二極管的接收光表面的面積，可以增加響應度。但是，代價是增大了結電容。

對于理想光電二極管，每個進入器件的光子產生一個自由電子-空穴對。然而，實際上，某些光子從表面反射或者被材料吸收產生熱。所以，將光電二極管的“量子效率”定義為，產生的電子數除以使用的光子數(在給定的時間間隔)，即：

其中，q表示電子電量，分母表示光子數。由式有：

η的典型值在0.8~0.9的范圍。