1 天津大学 微电子学院 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津, 300072
2 中国科学院半导体研究所, 北京 100084
设计了一种三级台面的InGaAs/InP雪崩光电二极管, 解决了器件边缘电场和暗电流较高的问题.采用Silvaco Atlas器件仿真软件分析了边缘间距、电荷层掺杂浓度及厚度、倍增层掺杂浓度及厚度对器件性能的影响.仿真结果表明, 本文设计的三级台面器件在边缘间距为8 μm时有最优器件尺寸和较低边缘电场.采用掺杂浓度为1×1017cm－3、厚度为0.2 μm的电荷层和掺杂浓度为2×1015cm－3、厚度为0.4 μm的倍增层, 成功将高电场限制在中心区域, 使得反偏电压40 V时的边缘电场降低至2.6×105V/cm, 仅为中心电场的1/2, 增强了器件的抗击穿能力.此外, 本文设计的器件在0.9 Vbr时的暗电流降低至9.25 pA, 仅为传统两级台面器件的1/3.
铟镓砷 三级台面 雪崩光电二极管 暗电流 边缘电场 贯穿电压 击穿电压 InGaAs Triple-mesa Avalanche photodiode Dark current Edge electric field Punch through voltage Breakdown voltage
1 天津大学 微电子学院 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
2 天津大学 电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
基于深亚微米CMOS工艺, 设计了一种采用非接触式P阱保护环来抑制边缘击穿的单光子雪崩二极管结构.采用器件仿真软件Silvaco Atlas分析了保护环间距对器件的电场分布和雪崩触发概率等特性的影响, 结合物理模型计算了所设计器件的暗计数概率和光子探测效率.仿真和计算结果表明, 保护环间距d=0.6 μm时器件性能最优, 此时击穿电压为13.5 V, 暗电流为10－11A.在过偏压为2.5 V时, 门控模式下的暗计数概率仅为0.38%, 器件在400~700 nm之间具有良好的光学响应, 500 nm时的峰值探测效率可达39%.
光电器件 单光子雪崩二极管 CMOS工艺 深n阱 保护环 响应度 光子探测效率 Photoelectronic devices Single photon avalanche diode CMOS technology Deep Nwell structure Guard ring responsivity Photon detection efficiency
