吸收层与倍增层分离结构的4H-SiC雪崩光电探测器的优化模拟

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SiC材料由于具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度大及热导率高等优点,在高温、高频、大功率及抗辐射器件等领域都有着广泛的应用潜力与良好的市场前景。   目前,采用4H-SiC已成功制备了不同结构的雪崩光电探测器(APD),与传统的PN结型或PIN型的APD相比,吸收层与倍增层分离(SAM)结构的APD具有高光谱响应度和低击穿电压等优点。对于APD,击穿电压、倍增因子和光谱响应度是其非常重要的性能参数。近年来,国内外有多个研究小组开展了SAM4H-SiC APD理论和实验方面的研究,但这些研究小组所设计的SAM4H-SiCAPD并未同时兼具低击穿电压、高增益及高光谱响应度的特点。且目前国内外尚未见到有关4H-SiC APD结构参数的优化模拟的报道。为获得同时兼具低击穿电压、高增益和高光谱响应度的SAM4H-SiC APD,本文主要开展了以下几方面的工作,并取得了较好的结果。   2.模拟分析了该SAM4H-SiC APD的电势和电场分布图、反向Ⅳ特性、光增益、不同偏压下的光谱响应、紫外可见比和探测率等。结果显示该APD具有较高的临界电场4.5×106V/cm;在较低的击穿电压-66.4V下可获得较高的倍增因子105;在0V偏压下峰值响应波长(250nm)处的响应度为0.11A/W,相应的量子效率为58%;在穿通电压-59V下,峰值响应波长(260nm)处的光谱响应度可达2.7A/W;临近击穿电压时,紫外可见比仍可达1.5×103;其归一化探测率最大可达1.5×1016cmHz1/2W-1。综上所述该APD同时兼具低击穿电压、高增益、高光谱响应度、高临界电场及高探测率等特点,为实际器件制备提供了设计依据。
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