为何APD的输入光功率比PIN小？

APD芯片的设计结构导致不能承受更大的光生电流。

某企业的内部要求：禁止对APD加入大于 -3 dBm的光。

APD探测器特性和应用相对PIN来说APD更容易出现过载损伤。在95%Vbr下禁止加入大于-3 dBm的光。

再看通信行业标准，对APD的极限工作条件下最大输入光功率是低于PIN探测器的。

极限工作条件

APD雪崩光电二极管，是一种半导体光检测器，有光电倍增效果，这是光通信经常用到的一种结构，多了一层倍增层。

1）载流子倍增

载流子在外电场加速下，获得足够能量，撞击晶格产生新的载流子的过程，载流子呈指数增加，产生链式反应。

这个链式反应使载流子数量无限增加，达到不可控了就是雪崩击穿（原子弹）。

APD作为一个光接收元件，链式反应要可控，倍增因子控制在10或15以内（单光子APD除外），就要控制工作电压低于击穿电压（原子能发电）。

2）碰撞电离系数，又称离化系数

表征电子和空穴在一定电场下一定距离内发生雪崩倍增的概率或能力。离化系数不仅和材质有关，和温度也有关。高温下离化系数减小，所以APD控制电路中有温度补偿。

以砷化镓为例，GaAs（AlxGa1～xAs）的碰撞电离系数（x为Al组分）如下：

上图中，α为电子的碰撞电离系数，β为空穴的碰撞电离系数。

对应GaAs材料来说，α＞β，则相同电场情况下电子碰撞晶格新产生的电子空穴对比空穴碰撞晶格新产生的电子空穴对要多。

因为GaAs的α＞β，以GaAs为倍增层的APD，电子碰撞电离占主导，空穴（不论是注入倍增层还是在倍增层新产生的）的碰撞电离贡献可以忽略，习惯上说GaAs倍增层的APD是电子倍增。

与GaAs相同，α＞β的材料还有Si和AlInAs等，以它们为倍增层的APD，都称之为电子倍增的APD。(www.xing528.com)

可是，常用的InP—APD，倍增层是InP材料，对于InP，α＜β，习惯上都称之为空穴倍增的APD。

3）光通信常用的APD，两种典型结构及其电场分布

InP倍增层的APD结构和电场分布

InAlAs倍增层的APD结构和电场分布

InP倍增是正入射结构，InAlAs倍增是背入射结构，电场强的区域好像是一样的，其实不一样。要是从InGaAs吸收区角度来看，InP倍增层一定在P型一侧，InAlAs倍增层一定在N型一侧。

APD的光生电流计算，与PIN也不同，多了增益M。

光生电流信号

式中，IM为雪崩增益后输出电流的平均值，Ip为未倍增时的初级光电流，V为反向偏压，VB为二极管击穿电压，n为常数，一般为2.5～7。

光电二极管实际上类似于一个加了反向偏压的PN结，它在反向偏压的作用下形成一个较厚的耗尽区。当光照射到光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区（高场区）及耗尽区附近产生受激跃迁现象，从而产生电子空穴对，电子空穴对在外部电场作用下定向移动产生电流。

光电二极管的响应时间是指它的光电转换速度，影响响应时间的主要因素有：① 耗尽区的光载流子的渡越时间；② 耗尽区外产生的光载流子的扩散时间；③ 光电二极管以及与其相关的电路的RC时间常数。

影响这三个因素的参数有：耗尽区宽度w、吸收系数a、等效电容、等效电阻等。

APD的设计结电容更小、光电速度更快，导致不能承受更大的光生电流，好处就是有更优秀的灵敏度表现。

通俗的理解就是不能要求一个身形纤细的绣花女生拥有健美冠军的 体魄。

APD探测器在灵敏度上表现优秀，就要放宽一些对过载输入功率的 要求。

最后总结就是一句话，APD的设计导致不能承受大于1 mA的光生电流，否则会对芯片造成永久性损害，一般企业内部定义为小于0.5 mA的最大光生电流。换算成dBm的功率表达方式，即为小于-3，-6，-9 dBm等，这和耦合响应度相关，自家的器件可以自行推算。