在長途光纖通信系統(tǒng)中，僅有毫瓦數(shù)量級的光功率從光發(fā)射機輸出，經(jīng)過幾十公里光纖的傳輸衰減，到達光接收機處的光信號將變得十分微弱．在接收端如果采用pin光電二極管，那么，所輸出的光電流僅幾個na．為了能使數(shù)字光接收機的判決電路正常工作，就需要采用多級放大．但放大器同時也將引入噪聲，從而使光接收機的信噪比降低，接收機的靈敏度也隨之降低．
如果能使電信號進入放大器之前，先在光電二極管內(nèi)部進行放大，顯然，就能克服pin光電二極管的上述缺點，這就引出了一種另外類型的光電二極管，即雪崩光電二極管，又稱apd( avalanche photo diode).
1．雪崩光電二極管的雪崩倍增效應(yīng)
雪崩光電二極管的雪崩倍增效應(yīng)，是在二極管的p-n結(jié)上加高反向電壓（一般為幾十伏或幾百伏）形成的，此時在結(jié)區(qū)形成一個強電場，在高場區(qū)內(nèi)光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價帶的電子得到能量，越過禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的電子-空穴對，新產(chǎn)生的電子一空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子-空對……如此循環(huán)下去，像雪崩一樣的發(fā)展，從而使光電流在管子內(nèi)部即獲得了倍增．
2．雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)及其工作原理
目前光纖通信系統(tǒng)中使用的雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)形式有保護環(huán)型和拉通（又稱通達）型．前者是在制作時淀積一層環(huán)形的n型材料，以防止在高反壓時使p-n結(jié)邊緣產(chǎn)生雪崩擊穿．下面主要介紹拉通型雪崩光電二極管( rapd)，它的結(jié)構(gòu)示意圖和電場分布如圖1所示．其中，
圖(a)是縱向剖面的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖(b)是將縱向剖面順時針轉(zhuǎn)900的示意圖；
圖(c)是它的電場強度隨位置的分布圖。
圖1 雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)和能帶示意圖
由圖(b)可見，它仍然是一個p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)形式，只不過其中的p型材料是由三部分構(gòu)成，光子從p+層射人，進入i層后，在這里，材料吸收了光能并產(chǎn)生了初級電子一空穴對．這時，光電子在i層被耗盡層的較弱的電場加速，移向p-n結(jié)．當(dāng)光電子運動到高場區(qū)時，受到強電場的加速作用出現(xiàn)雪崩碰撞效應(yīng)，最后，獲得雪崩倍增后的光電子到達n+層，空穴被p+層吸收．p+之所以做成高摻雜，是為了減小接觸電阻以利與電極相連。
由圖(c)還可以看出，它的耗盡層從結(jié)區(qū)一直拉通到i層與p+層相接的范圍內(nèi)，在整個范圍內(nèi)電場增加較?。@樣，這種rapd器件就將電場分為兩部分，一部分是使光生載流子逐漸加速的較低的電場，另一部分是產(chǎn)生雪崩倍增效應(yīng)的高電場區(qū)，這種電場分布有利于降低工作電壓．
前面介紹了雪崩光電二極管具有雪崩倍增效應(yīng)這個有利方面．但是，由于雪崩倍增效應(yīng)的隨機性，會帶來它的不利的方面，這就是這種隨機性將引入噪聲．
如果不采用apd，則必然要采用多級電的放大器．顯然，這也要引入噪聲．兩者相比，還是采用apd較為有利．
雪崩光電二極管隨使用的材料不同有：si-apd（工作在短波長區(qū)）；ge-apd，ingaas-apd等（工作在長波長區(qū)）．