Mg2Si/Si雪崩光電二極管的設(shè)計與模擬*

王傲霜 肖清泉 陳豪 何安娜 秦銘哲 謝泉

(貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院, 新型光電子材料與技術(shù)研究所, 貴陽 550025)

Mg2Si作為一種天然豐富的環(huán)保材料, 在近紅外波段吸收系數(shù)高, 應(yīng)用于光電二極管中對替代市面上普遍使用的含有毒元素的紅外探測器具有重要意義.采用Silvaco軟件中Atlas模塊構(gòu)建出以Mg2Si為吸收層的吸收層、電荷層和倍增層分離結(jié)構(gòu)Mg2Si/Si雪崩光電二極管, 研究了電荷層和倍增層的厚度以及摻雜濃度對雪崩光電二極管的內(nèi)部電場分布、穿通電壓、擊穿電壓、C-V特性和瞬態(tài)響應(yīng)的影響, 分析了偏置電壓對IV特性和光譜響應(yīng)的影響, 得到了雪崩光電二極管初步優(yōu)化后的穿通電壓、擊穿電壓、暗電流密度、增益系數(shù)(Mn)和雪崩效應(yīng)后對器件電流的放大倍數(shù)(M).當(dāng)入射光波長為1.31 μm, 光功率為0.01 W/cm2時, 光電二極管的穿通電壓為17.5 V, 擊穿電壓為50 V, 在外加偏壓為47.5 V (0.95倍擊穿電壓)下, 器件的光譜響應(yīng)在波長為1.1 μm處取得峰值25 A/W, 暗電流密度約為3.6 × 10–5 A/cm2, Mn為19.6, 且Mn在器件擊穿時有最大值為102, M為75.4.根據(jù)模擬計算結(jié)果, 優(yōu)化了器件結(jié)構(gòu)參數(shù), 為高性能的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和實驗制備提供理論指導(dǎo).

1 引 言

市面上的紅外光電探測器普遍使用了銦鎵砷(InGaAs)[1]、碲鎘汞(HgCdTe)[2,3]材料, 這些原材料具有吸收系數(shù)高、帶隙可調(diào)、增益系數(shù)高和電子遷移率高等優(yōu)點[3,4], 但其含量在地殼中不多, 并且均含有重金屬元素, 將其大量應(yīng)用于紅外光電探測器將會出現(xiàn)原材料匱乏, 且對環(huán)境造成的污染也不容忽視[5,6], 因此尋找其他合適……