王傲霜 肖清泉 陈豪 何安娜 秦铭哲 谢泉

(贵州大学大数据与信息工程学院, 新型光电子材料与技术研究所, 贵阳 550025)

Mg2Si作为一种天然丰富的环保材料, 在近红外波段吸收系数高, 应用于光电二极管中对替代市面上普遍使用的含有毒元素的红外探测器具有重要意义.采用Silvaco软件中Atlas模块构建出以Mg2Si为吸收层的吸收层、电荷层和倍增层分离结构Mg2Si/Si雪崩光电二极管, 研究了电荷层和倍增层的厚度以及掺杂浓度对雪崩光电二极管的内部电场分布、穿通电压、击穿电压、C-V特性和瞬态响应的影响, 分析了偏置电压对IV特性和光谱响应的影响, 得到了雪崩光电二极管初步优化后的穿通电压、击穿电压、暗电流密度、增益系数(Mn)和雪崩效应后对器件电流的放大倍数(M).当入射光波长为1.31 µm, 光功率为0.01 W/cm2时, 光电二极管的穿通电压为17.5 V, 击穿电压为50 V, 在外加偏压为47.5 V (0.95倍击穿电压)下, 器件的光谱响应在波长为1.1 µm处取得峰值25 A/W, 暗电流密度约为3.6 × 10–5 A/cm2, Mn为19.6, 且Mn在器件击穿时有最大值为102, M为75.4.根据模拟计算结果, 优化了器件结构参数, 为高性能的器件结构设计和实验制备提供理论指导.

1 引 言

市面上的红外光电探测器普遍使用了铟镓砷(InGaAs)[1]、碲镉汞(HgCdTe)[2,3]材料, 这些原材料具有吸收系数高、带隙可调、增益系数高和电子迁移率高等优点[3,4], 但其含量在地壳中不多, 并且均含有重金属元素, 将其大量应用于红外光电探测器将会出现原材料匮乏, 且对环境造成的污染也不容忽视[5,6], 因此寻找其他合适……