极化调控AlGaN基日盲紫外雪崩光电二极管性能优化.pdf

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1、激与电字学进展51，062304(2014)Laser&0ptoelectr0nicsProgress~2014~中国激光》杂志社极化调控AIGaN基日盲紫外雪崩光电二极管性能优化董可秀赵先峰欧美英滁州学院机械与电子工程学院，安徽滁州239000摘要通过数值模拟研究了各层参数对极化调控的背入射异质结分离吸收倍增层型A1GaN基雪崩光电二极管(AP．Ds)性能的影响，并详细分析相关物理机制。计算结果表明：参数的优化有利于降低APDs的雪崩击穿电压，提高倍增因子。特别是对于P-GaN层A1GaN雪崩光电二极管，倍增因子增加可超过300％，这是由于该雪崩光电二极管的GaN／ALGa

2、0。N异质界面的强极化电荷调节了倍增层、中间插入层、吸收层的电场分布，增加了载流子的注入和倍增效率，同时还由于参数优化减小了倍增时的暗电流。关键词光学器件；异质结雪崩光电二极管；分离吸收倍增；日盲；极化场中图分类号TN364+．2文献标识码Adoi：10．3788／LOP51．062304ImprovementsofSolar·—BlindUltravioletAIGaNAvalanchePhotodiodeswiththePolarizatiOnEffectsDongKexiuZhaoXianfengOuMeiyingSchoolofMechanicalandElectro

3、nicEngineering，ChuzhouUniversity，Chuzhou，Anhui239000，ChinaAbstractEffectsoftheparametersofeachlayerontheperformanceofback～illuminatedseparateabsorptionandmultiplicationhetero—junctionA1GaNavalanchephotodiodes(APDs)withthepolarizationeffectareinvestigatednumerically，andthedetailedphysicalmec

4、hanismsareexplained．TheresultsshowthatthebreakdownvoitagefortheAPDscanlowersignificantlyandthegainincreasespronouncedlywiththeoptimizationoftheseparameters．ThemaximumgainforA1GaNAPDswithP—GaNlayerhasbeenimprovedmorethan300％．ThisisbecausethepolarizationinducedchargeattheGaN／A104Ga06Nhetero—i

5、nterfacecontrolsthedistributionoftheelectricfieldofmultip1ication，insertingandabsorptionlayer，andenhancestheefficiencyofinjectionandmultiplicati0nofcarriers，Meanwhile，theoptimizationoftheparameterscandecreasethedarkcurrent0fAPDsatbreakdownvoltage．Keywordsopticaldevices；hetero—junctionavalan

6、chephotodiode；separateabsorptionandmultiplication；solar—blind；polarizationfieldoCIScodes230．5160；250．0250；230．5170l引言高Al组分AIGaN基雪崩光电二极管(APDs)具有天然的日盲性能，能够在强太阳辐射背景下探测到微弱的紫外信号，近年来一直成为人们研究的热点。然而目前，由于高内部增益(大于10。)和低暗电流，光电倍增管一直占据着探测器的主要市场。但光电倍增管有着自身难以克服的缺陷：体积大，易碎，成本高，并且需要很高的工作电压。固态A1GaN基APDs虽然能克服这

7、些缺点，可是，要想取代光电倍增管成为探测器市场的主导，还需继续提高其内部增益、探测灵敏度和降低器件噪声。20世纪90年代以来，GaN基材料及可见光盲APDs的性能发展迅速。目前，利用纯空穴离化的背入射分离吸收倍增型(SAM)GaNAPDs，其内部增益已高达10[5-7}o但AIGaN基日盲紫外APDs的性能远远落后GaN基APDs。2010年，Sun等报道了峰值光谱响应在27011121处的A1GaN基日盲紫外APDs，其增益收稿日期：2013—12-21；收到修改稿日期：2014-01-18；网络出版