AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

葛张峰; 余晨辉; 陈鸣; 李林; 许金通

doi:10.3788/IRLA201847.0920003

AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

doi: 10.3788/IRLA201847.0920003

1.
南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室,江苏南通 226019;
2.
中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083

基金项目:

国家自然科学基金（11574166）;国家留学基金（201708320105）;江苏省高校自然科学研究重大项目（14KJA510005）

详细信息

作者简介:
葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

中图分类号: TN23

Research on dark current of AlGaN solar-blind ultraviolet avalanche photodetectors

1.
Jiangsu Key Laboratory of ASIC Design,Nantong University,Nantong 226019,China;
2.
Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200083,China

摘要: 为了提高AlGaN日盲紫外雪崩探测器的信噪比，降低暗电流，研制高性能日盲紫外探测器，针对AlGaN日盲紫外雪崩探测器暗电流机制进行了深入研究。首先对传统p-i-n-i-n结构雪崩探测器进行了初步研究，分别设计了GaN和AlGaN的两种雪崩探测器模型，分析了其不同暗电流特性，得到的模拟暗电流特性曲线与实验吻合。在此基础上，针对日盲紫外波段高Al组分AlGaN雪崩探测器，重点分析研究了不同异质界面的负极化电荷、p型有效掺杂以及温度等因素对暗电流的影响。在AlGaN日盲紫外雪崩探测器研究中得到的近零偏工作暗电流为2.510-13 A，在反向138 V左右发生雪崩击穿，雪崩开启电流为18.3 nA左右，击穿电压温度系数约为0.05 V/K，与实验及文献测试结果吻合。
- AlGaN /
- 日盲紫外雪崩探测器 /
- 暗电流 /
- 负极化效应
Abstract: In order to improve the S/N ratio, reduce the dark current and develop the solar-blind photodetectors with high performance, the dark currents of the AlGaN solar-blind ultraviolet avalanche photodetectors were studied. Firstly, the conventional p-i-n-i-n avalanche photodetectors were examined using two newly designed models of avalanche photodetectors in GaN and AlGaN. Different characteristics of dark current were analyzed and the simulation of the dark current matched the experimental data well. Based on this, the effects of the negative polarization charge at different heterogeneous interfaces, the p-type effective doping and temperature on the dark current in high Al content AlGaN solar-blind avalanche photodetectors were investigated in detail. Results show that the dark current of the AlGaN solar-blind ultraviolet avalanche photodetector is about 2.510-13 A near zero bias, the avalanche breakdown occurs at about 138 V in reverse and the open current is about 18.3 nA, temperature coefficient for the breakdown voltage is about 0.05 V/K, which are all consistent with the experiments and the literature results well.
- AlGaN /
- solar-blind ultraviolet avalanche photodetector /
- dark current /
- negative polarization

[1]	Cicek E, Mcclintock R, Vashaei Z, et al. Crack-free AlGaN for solar-blind focal plane arrays through reduced area epitaxy[J]. Applied Physics Letters, 2013, 102(5):051102.
[2]	Wang X Y, Zhong M, Zhao D G, et al. Back-illuminated 283 nm AlGaN solar-blind ultraviolet p-i-n photodetector[J]. Infrared Laser Engineering, 2013, 42(4):1011-1014. (in Chinese)
[3]	Liu F H, Xu J T, Wang L, et al. GaN-based avalanche photodiodes and its recent development[J]. Infrared Laser Engineering, 2014, 43(4):1215-1221. (in Chinese)
[4]	Yao C, Ye X, Sun R, et al. High-performance AlGaN-based solar-blind avalanche photodiodes with dual-periodic Ⅲ-nitride distributed Bragg reflectors[J]. Applied Physics Express, 2017, 10(3):034302.
[5]	Wu H, Wu W, Zhang H, et al. All AlGaN epitaxial structure solar-blind avalanche photodiodes with high efficiency and high gain[J]. Applied Physics Express, 2016, 9(5):052103.
[6]	Pau J L, Bayram C, Mcclintock R, et al. Back-illuminated separate absorption and multiplication GaN avalanche photodiodes[J]. Applied Physics Letters, 2008, 92(10):101120.
[7]	Levinshtein M E, Rumyantsev S L, Shur M. Properties of Advanced Semiconductor Materials:GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe[M]. New York:John Wiley, 2008:1-30.
[8]	Piprek J. Nitride Semiconductor Devices:Principles and Simulation[M]. Berlin:Wiley-VCH, 2007:30-67.
[9]	Molnr M, Donoval D, Kuzmk J, et al. Simulation study of interface traps and bulk traps in n++ GaN/InAlN/AlN/GaN high electron mobility transistors[J]. Applied Surface Science, 2014, 312(5):157-161.
[10]	Wang X D, Hu W D, Chen X S, et al. Dependence of dark current and photoresponse characteristics on polarization charge density for GaN-based avalanche photodiodes[J]. Journal of Physics D:Applied Physics, 2011, 44(40):405102.
[11]	Yu C H, Ge Z F, Chen X Y, et al. Polarization and p-type doping effects on photoresponse of separate absorption and multiplication AlGaN solar-blind avalanche photodiodes[J]. Optical and Quantum Electronics, 2018, 50(2):113.
[12]	Huang Y, Chen D J, Lu H, et al. Back-illuminated separate absorption and multiplication AlGaN solar-blind avalanche photodiodes[J]. Applied Physics Letters, 2012, 101(25):253516.
[13]	Shao Z G, Chen D J, Lu H, et al. High-gain AlGaN solar-blind avalanche photodiodes[J]. IEEE Electron Device Letters, 2014, 35(3):372-374.
[14]	Mcclintock R, Pau J L, Minder K, et al. Hole-initiated multiplication in back-illuminated GaN avalanche photodiodes[J]. Applied Physics Letters, 2007, 90(14):141112.

[1]	刘文婧, 祝连庆, 张东亮, 郑显通, 杨懿琛, 王文杰, 柳渊, 鹿利单, 刘铭. nBn结构InAs/GaSb超晶格中/长双波段探测器优化设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20220837-1-20220837-13. doi: 10.3788/IRLA20220837
[2]	宋林伟, 孔金丞, 赵鹏, 姜军, 李雄军, 方东, 杨超伟, 舒畅. Au掺杂碲镉汞长波探测器技术研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220655-1-20220655-8. doi: 10.3788/IRLA20220655
[3]	刘召强, 贾童, 许湘钰, 楚春双, 张勇辉, 张紫辉. AlGaN基深紫外微型发光二极管的研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230390-1-20230390-19. doi: 10.3788/IRLA20230390
[4]	于春蕾, 龚海梅, 李雪, 黄松垒, 杨波, 朱宪亮, 邵秀梅, 李淘, 顾溢. 2560×2048元短波红外InGaAs焦平面探测器（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210941-1-20210941-10. doi: 10.3788/IRLA20210941
[5]	刘书宁, 唐倩莹, 李庆. 碲镉汞红外光电探测器局域场表征研究进展（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20220277-1-20220277-13. doi: 10.3788/IRLA20220277
[6]	李俊斌, 刘爱民, 蒋志, 杨晋, 杨雯, 孔金丞, 李东升, 李艳辉, 周旭昌. InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流特性分析 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210399-1-20210399-8. doi: 10.3788/IRLA20210399
[7]	覃钢, 吉凤强, 夏丽昆, 陈卫业, 李东升, 孔金丞, 李艳辉, 郭建华, 袁绶章. 碲镉汞高工作温度红外探测器 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200328-1-20200328-11. doi: 10.3788/IRLA20200328
[8]	乔凯, 王生凯, 程宏昌, 靳川, 张太民, 杨晓军, 任彬. 表面钝化膜对BCMOS传感器电子敏感特性影响的实验研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0418002-0418002-6. doi: 10.3788/IRLA202049.0418002
[9]	李雪, 邵秀梅, 李淘, 程吉凤, 黄张成, 黄松垒, 杨波, 顾溢, 马英杰, 龚海梅, 方家熊. 短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0103006-0103006(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0103006
[10]	王志铭, 周东, 郭旗, 李豫东, 文林, 马林东, 张翔, 蔡毓龙, 刘炳凯. γ辐照导致中波碲镉汞光伏器件暗电流退化的机理研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 916001-0916001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0916001
[11]	马林东, 李豫东, 郭旗, 文林, 周东, 冯婕. 不同偏置状态下4T-CMOS图像传感器的总剂量辐射效应 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1017002-1017002(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1017002
[12]	邹梅, 陈楠, 姚立斌. 包含交流耦合CTIA与数字CDS的CMOS图像传感器设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 120002-0120002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0120002
[13]	李慧梅, 胡晓斌, 白霖, 李晓敏, 于海龙, 徐云, 宋国峰. In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48As雪崩光电二极管的数值模拟研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 520005-0520005(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0520005
[14]	李平, 李淘, 邓双燕, 李雪, 邵秀梅, 唐恒敬, 龚海梅. 不同退火处理的台面型In_0.83Ga_0.17As pin光电二极管暗电流分析 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 520002-0520002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0520002
[15]	胡亚东, 胡巧云, 孙斌, 王羿, 洪津. 暗电流对短波红外偏振测量精度的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2375-2381.
[16]	刘晓艳, 王明甲, 郭方敏. 新原理光电探测阵列的微光响应测试研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2546-2551.
[17]	刘福浩, 许金通, 王玲, 王荣阳, 李向阳. GaN基雪崩光电二极管及其研究进展 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1215-1221.
[18]	赵文伯, 周勋, 李艳炯, 申志辉, 罗木昌. 背照式高量子效率AlGaN日盲紫外探测器设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3358-3362.
[19]	刘秀娟, 李超, 王建禄, 张燕, 孙璟兰, 李向阳. 结合AlGaN和PVDF的新型日盲紫外探测器的研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3035-3039.
[20]	王晓勇, 种明, 赵德刚, 苏艳梅. 283 nm背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 1011-1014.

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AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

doi: 10.3788/IRLA201847.0920003

作者简介:
葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

Research on dark current of AlGaN solar-blind ultraviolet avalanche photodetectors

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AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

doi: 10.3788/IRLA201847.0920003

1. 南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室,江苏南通 226019;

2. 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083

作者简介:
葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

English Abstract

Research on dark current of AlGaN solar-blind ultraviolet avalanche photodetectors

1. Jiangsu Key Laboratory of ASIC Design,Nantong University,Nantong 226019,China;

2. Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200083,China

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doi: 10.3788/IRLA201847.0920003

作者简介: 葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

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AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

doi: 10.3788/IRLA201847.0920003

1. 南通大学 江苏省专用集成电路设计重点实验室,江苏 南通 226019; 2. 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083

作者简介: 葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

English Abstract

Research on dark current of AlGaN solar-blind ultraviolet avalanche photodetectors

1. Jiangsu Key Laboratory of ASIC Design,Nantong University,Nantong 226019,China; 2. Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200083,China

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作者简介:
葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

1. 南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室,江苏南通 226019;

2. 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083

作者简介:
葛张峰(1993-),男,硕士生,主要从事氮化镓宽禁带半导体光电器件方面的研究。Email:291193634@qq.com

1. Jiangsu Key Laboratory of ASIC Design,Nantong University,Nantong 226019,China;

2. Key Laboratory of Infrared Imaging Materials and Detectors,Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200083,China