新型光电二极管具有极低的多余噪声适用于光通信和远程激光雷达

(LIDAR)。这两种应用都需要能够检测低至几个光子的光强度水平的光传感器或光电二极管，其中单个光子是光的量子化能量单位。

一篇新发表的论文“具有GaAsSb吸收区和AlGaAsSb雪崩区的极低过量噪声雪崩光电二极管”，详细介绍了谢菲尔德研究小组的一项发现，该发现有能力将输入端的单个电子转换为输出端的级联电子。

这种倍增过程通常称为雪崩击穿，而包含此过程的光电二极管称为雪崩光电二极管(APD)。虽然应用反向电压，但雪崩光电二极管(通常称为APD)具有内部增益，这意味着与PIN光电二极管相比，它们通常具有更高的信噪比。

然而，该团队新设计的光电二极管表现出高倍增因子，增加的噪声非常小。乘法系数为20时测得的噪声因数至少比商用雪崩光电二极管低三倍。在这种情况下，噪声越小意味着信号识别中的干扰越小，因此光电二极管由于灵敏度提高而更有用。

在发表的论文中，由系主任CheeHingTan教授领导的电子与电气工程系的研究小组证明，他们可以将新的半导体合金与更宽的带隙半导体AlGaAsSb倍增区域相结合。新型半导体合金基于GaAsSb吸收区域，在红外波长(高达1，700纳米)下具有出色的检测效率。

这项研究是红外APD的重大突破，因为基于InP的商用APD自1990年代以来已达到极限。由Tan教授领导的团队于2012年首次推出了基于AlGaAsSb的APD，并展示了其低噪声性能，此后通过多种设计不断提高性能。这些晶圆由谢菲尔德的EPSRC国家外延工厂种植。

在这项工作中，晶圆由TarickBlain转换为设备，而YeCao则进行测量和建模。JonathanTaylorMew，LongyanLi和JoShienNg在建模，测量和分析方面提供了额外的支持，说明了有效团队合作对谢菲尔德大学电子和电气工程系进行的研究做出重要贡献的重要性。

谈及红外雪崩光电二极管领域的研究和发表这篇开创性文章，陈志兴教授说：「红外APDs的长期局限性之一是倍增过程中的附加噪声相对较高，限制了最大倍增因子。这反过来又阻止了红外APD达到已建立模型预测的性能极限。

“我们的突破性结果，超额噪声因数为2.48，正在接近理论下限2。这为实现极低噪声APD提供了途径，我相信它可以在光通信和远程激光雷达方面产生阶跃变化。