CN109004056A - 基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器，包括一AlGaN或GaN APD器件，AlGaN或GaN APD器件的两侧形成角度在15°‑30°的斜坡，斜坡上设置有金属场板，所述场板覆盖结区，与p型电极相连，与n型电极不相连。还公开了其制备方法。本发明利用厚膜光刻胶回流的方法，在AlGaN APD器件上形成平缓的倾斜侧壁。利用倾斜侧壁，可以控制场板在侧壁上延伸的长度，既能实现对结区的覆盖，又不超过有效范围，进而发挥场板、绝缘层、半导体之间的MOS效应，扩展器件结区的耗尽区宽度，抑制器件结区的峰值电场。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法，属于半导体光电子材料技术领域。
背景技术
以铝镓氮(AlGaN)为代表的III族氮化物半导体，具有直接带隙，物理、化学性质稳定，是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料。GaN 和AlN半导体材料的禁带宽度分别为3.4eV和6.2eV，通过形成AlxGa1-xN多元化合物，其禁带宽度可从3.4～6.2eV连续变化，波长范围覆盖200～365nm，是制备紫外探测器的优选材料。与传统的硅基紫外探测器和紫外光电倍增管相比， AlGaN基半导体材的光电探测器具有更高的灵敏度，可直接实现可见光盲甚至日盲操作，可在高温、强辐射等恶劣环境下工作等明显的优势。
AlGaN基紫外雪崩光电探测器(APD)具有高的响应速度、105以上的增益，甚至可在单光子探测模式下(Geiger模式)工作，可实现对微弱紫外信号的快速测量。雪崩光电二极管一般采用PIN结构，其特征是在P和N半导体材料之间加入一层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层。二极管在反向偏压时，电压几乎全部降落在深耗尽的I层上。当二极管被加上足够高的反向偏压时，耗尽层内运动的载流子就可能因碰撞电离效应而获得雪崩倍增；当载流子的雪崩增益非常高时，二极管就进入到雪崩击穿状态。根据应用需求，雪崩光电二极管既可以工作在略低于雪崩击穿电压的状态(线性模式)，也可以工作在略高于雪崩击穿状态(盖革模式)。
由于AlGaN APD需要工作在高电场模式下，因此，可靠的结终端 (termination)的是器件能够稳定工作的关键。目前，常用的结终端结构包括浮空场环、场板、结终端扩展和斜角终端等。其中，场板结构的结终端技术，以其工艺简单，效果稳定而广泛应用在功率器件中。如图1所示的肖特基势垒二极管，场板与绝缘层、半导体间构成了MOS结构，使得肖特基结处的耗尽区进一步扩展。相比于无场板结构(如图2所示)，有场板结构的肖特基结处(如图3所示) 等势线变稀疏，电场强度减弱，击穿电压得到了有效提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器，包括一AlGaN 或GaN APD器件，AlGaN或GaN APD器件的两侧形成角度在15°-30°的斜坡，斜坡上设置有金属场板，所述场板覆盖结区，与p型电极相连，与n型电极不相连。
优选的，AlGaN紫外雪崩光电探测器的结构自下至上依次包括：
一衬底层；
一n型AlGaN层；
一i型AlGaN层；
一p型GaN层；
一p+型GaN层；
其中器件两侧形成斜坡，斜坡从p+型GaN层至n型AlGaN层表面或内部，在斜坡上生长有绝缘层，p+型GaN层上蒸镀有p型电极，形成p型欧姆接触，n 型AlGaN层露出，n型电极蒸镀在n型AlGaN层上，形成n型欧姆接触，所述金属场板蒸镀在绝缘层上。
优选的，所述绝缘层为SiO2或Si3N4。
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优选的，所述绝缘层为SiO2或Si3N4。
本发明还公开了上述的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法，其步骤包括：
(1)预处理：清洗AlGaN APD器件表面；
(2)光刻：在AlGaN APD器件表面制作厚度范围在6-8μm的光刻胶；
(3)光刻胶回流：对光刻胶进行烘烤，使光刻胶回流，形成12°-20°的倾斜角度；
(4)图形转移：采用ICP干法刻蚀方法，将光刻胶的倾斜角度转移到了器件中，形成自p+型GaN层至i型AlGaN层或n型AlGaN层的AlGaN 斜坡，在图形转移的时候，倾斜角度会放大至15°-30°；
(5)去胶：刻蚀完成后，将器件放入强氧化剂中去除残留光刻胶掩蔽层，然后清洗器件；
(6)钝化：采用PECVD法，在去胶后的AlGaN APD器件上生长一层的绝缘层进行钝化；
(7)电极开窗口：采用RIE干法刻蚀方法，将n型AlGaN层和p+型GaN 层上准备设置电极位置的绝缘层去除，用于制作欧姆接触电极；
(8)制作电极：采用电子束蒸发方法，在AlGaN APD器件上分别蒸镀n 型电极和p型电极并快速退火，形成n型和p型欧姆接触；
(9)制作场板：采用电子束蒸发方法，在绝缘层上蒸镀一层覆盖斜坡上结区，并与p型电极相连的金属，形成场板。
优选的，步骤(1)中对待刻蚀的AlGaN APD器件依次进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，120℃、2min烘干，去除表面水汽。
优选的，步骤(5)中所述强氧化剂为98％的浓硫酸和30％的过氧化氢，按照体积比3:1混合。
优选的，步骤(6)中绝缘层的厚度为150-500nm。
优选的，步骤(9)中所述金属为Al、Ti、Ni或Au。
本发明的特点是：利用厚膜光刻胶回流的方法，在AlGaN APD器件上形成平缓的倾斜侧壁。利用倾斜侧壁，可以控制场板在侧壁上延伸的长度，既能实现对结区的覆盖，又不超过有效范围，进而发挥场板、绝缘层、半导体之间的MOS效应，扩展器件结区的耗尽区宽度，抑制器件结区的峰值电场。
本发明提供的方法具有可控性强、可重复性高的优点。主要体现在以下两个方面：
一方面，通过对场板长度的控制，可以改变结区和场板边缘的峰值电场。场板的长度增加，会降低结区的峰值电场，而增加场板边缘的峰值电场。通过改变场板长度，可以在保证场板边缘峰值合理(不发生钝化层的击穿)的情况下，尽量降低结区的峰值电场。
另一方面，通过调节场板下方绝缘层的厚度，也可以改变结区和场板边缘的峰值电场。绝缘层厚度的降低，会降低结区的峰值电场，而增加场板边缘的峰值电场。通过改变绝缘层厚度，可以在保证场板边缘峰值合理(不发生钝化层的击穿)的情况下，尽量降低结区的峰值电场。
同时，改变绝缘层的介电常数，也可以改变结区和场板边缘的峰值电场。绝缘层的介电常数越大，场板发挥的效果越好，结区的峰值电场越低。
附图说明
图1为具有金属场板结构的肖特基二极管器件结构图。
图2为无场板结构肖特基结处电势分布示意图。
图3为有场板结构肖特基结处电势分布示意图。
图4为未处理前的AlGaN APD器件示意图。
图5为光刻后的AlGaN APD器件示意图。
图6为光刻胶回流后的AlGaN APD器件示意图。
图7为图形转移后的AlGaN APD器件示意图。
图8为具有斜坡的AlGaN APD器件示意图。
图9为钝化后的AlGaN APD器件示意图。
图10为电极蒸镀后的AlGaN APD器件示意图。
图11为实施例1的场板结构的AlGaN APD器件示意图。
图12为无场板结构的AlGaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布示意图。
图13为实施例1的AlGaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布示意图。
图14为实施例2的场板结构的AlGaN APD器件示意图。
图15为实施例2的AlGaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布示意图。
图16为无场板结构的GaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布示意图。
图17为实施例3的有场板结构的GaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布示意图。
具体实施方式
实施例1：基于场板结构的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法
(1)预处理：对待刻蚀的AlGaN APD器件进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，120℃/2min烘干，去除表面水汽，如图4所示，其中AlGaN APD 器件的结构自下至上依次包括：一衬底层1；一n型AlGaN层2；一i型AlGaN 层3；一p型GaN层4；一p+型GaN层5；
(2)光刻：采用安智电子材料有限公司生产的厚胶AZ P4620作为干法刻蚀所需掩蔽层6，依次经历匀胶、软烘、曝光、显影、后烘等工艺步骤，如图5 所示。详细实验参数如下：匀胶转速为4000r/min，时间为60s；软烘温度为100℃，时间为5min；光刻机光强为10mW/cm2，曝光时间为60s，；显影溶液为AZ 400K:H2O＝1:4的稀释液，显影时间为80s，后烘温度为110℃，时间为1min。经台阶仪测量，此时光刻胶的膜厚约7μm。
(3)光刻胶回流：对光刻胶进行高温坚膜，形成约13.5°的倾斜角度，如图 6所示。高温坚膜温度为180℃，时间为10min。
(4)图形转移：采用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀方法，在刻蚀样片的过程中，也将光刻胶的倾斜角度转移到了样片中，形成了AlGaN斜角台面，如图7所示，刻蚀到n型AlGaN层表面。
(5)去胶：刻蚀完成后，将样片放入强氧化剂中去除残留掩蔽层，再依次采用丙酮、无水乙醇进行超声清洗，最后用大量去离子水漂洗，氮气吹干，得到 AlGaN斜角台面APD，台面的深度为0.5μm，倾斜角度为～18°，如图8所示。
(6)钝化：使用PECVD，在去胶后的AlGaN APD器件样品上生长一层约200nm的SiO2绝缘层7进行钝化，如图9所示。详细实验参数如下：生长温度为350℃，SiH4/N2流量为100sccm，N2O流量为400sccm，生长功率为10W，腔室气压为300mTorr，生长时间为10min。
(7)电极开窗口：采用RIE干法刻蚀方法，将n型和p型位置的绝缘层去除，用于制作欧姆接触电极。详细实验参数如下：CF4流量为30sccm，O2流量为5sccm，RF功率为150W，腔室气压为5Pa，刻蚀时间为70s。
(8)制作电极：采用电子束蒸发方法，在AlGaN APD器件上分别蒸镀n 型电极9和p型电极8并快速退火，形成n型和p型欧姆接触，如图10所示。
(9)制作场板：采用电子束蒸发方法，蒸镀一层覆盖斜台面上结区，并与 p型电极相连的金属Al，形成场板10，如图11所示。场板末端与结区11的水平位置持平。详细实验参数如下：蒸发功率为8.4％，蒸发速率为0.3nm/s，蒸发厚度为100nm。
图10所示的无场板结构的AlGaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布如图12所示，有场板结构的AlGaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布如图13所示。场板的引入，使得AlGaN APD器件结区的峰值电场降低，有效防止了提前击穿。
实施例2：基于场板结构的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法
(1)预处理：对待刻蚀的AlGaN APD器件进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，120℃/2min烘干，去除表面水汽。
(2)光刻：采用安智电子材料有限公司生产的厚胶AZ P4620作为干法刻蚀所需掩蔽层，依次经历匀胶、软烘、曝光、显影、后烘等工艺步骤。详细实验参数如下：匀胶转速为3500r/min，时间为60s；软烘温度为100℃，时间为5min；光刻机光强为10mW/cm2，曝光时间为65s，；显影溶液为AZ 400K:H2O＝1:4的稀释液，显影时间为85s，后烘温度为110℃，时间为1min。经台阶仪测量，此时光刻胶的膜厚约8μm。
(3)光刻胶回流：对光刻胶进行高温坚膜，形成约18°的倾斜角度。高温坚膜温度为180℃，时间为10min。
(4)图形转移：采用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀方法，在刻蚀样片的过程中，也将光刻胶的倾斜角度转移到了样片中，形成了AlGaN斜角台面。
(5)去胶：刻蚀完成后，将样片放入强氧化剂中去除残留掩蔽层，再依次采用丙酮、无水乙醇进行超声清洗，最后用大量去离子水漂洗，氮气吹干，得到 AlGaN斜角台面APD，台面的深度为0.5μm，倾斜角度为30°，n型AlGaN层也被刻蚀100nm左右，以保证n型区域暴露出来。
(6)钝化：使用PECVD，在去胶后的AlGaN APD器件样品上生长一层约150nm的Si3N4绝缘层进行钝化。详细实验参数如下：生长温度为350℃， SiH4/N2流量为25sccm，N2流量为900sccm，生长功率为15W，腔室气压为600 mTorr，生长时间为23min。
(7)电极开窗口：采用RIE干法刻蚀方法，将n型和p型位置的绝缘层去除，用于制作欧姆接触电极。详细实验参数如下：CF4流量为30sccm，O2流量为5sccm，RF功率为150W，腔室气压为5Pa，刻蚀时间为90s。
(8)制作电极：采用电子束蒸发方法，在AlGaN APD器件上分别蒸镀n 型和p型电极并快速退火，形成n型和p型欧姆接触。
(9)制作场板：采用电子束蒸发方法，蒸镀一层覆盖斜台面上结区，并与 p型电极相连的金属Ni，形成场板，如图14所示。场板末端低于结区的水平位置100nm。详细实验参数如下：蒸发功率为8.4％，蒸发速率为0.3nm/s，蒸发厚度为100nm。
有场板结构的AlGaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布如图15所示。场板的引入，使得AlGaN APD器件结区的峰值电场降低，有效防止了提前击穿。
实施例3：基于场板结构的GaN紫外雪崩光电探测器的制备方法
(1)预处理：对待刻蚀的GaN APD器件进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，120℃/2min烘干，去除表面水汽，GaNAPD器件的结构自下至上依次包括：一衬底层；一n型GaN层；一i型GaN层；一p型GaN层；一p+型 GaN层。
(2)光刻：采用安智电子材料有限公司生产的厚胶AZ P4620作为干法刻蚀所需掩蔽层，依次经历匀胶、软烘、曝光、显影、后烘等工艺步骤。详细实验参数如下：匀胶转速为5000r/min，时间为60s；软烘温度为100℃，时间为5min；光刻机光强为10mW/cm2，曝光时间为52s，；显影溶液为AZ 400K:H2O＝1:4的稀释液，显影时间为70s，后烘温度为110℃，时间为1min。经台阶仪测量，此时光刻胶的膜厚约6μm。
(3)光刻胶回流：对光刻胶进行高温坚膜，形成约12°的倾斜角度。高温坚膜温度为180℃，时间为10min。
(4)图形转移：采用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀方法，在刻蚀样片的过程中，也将光刻胶的倾斜角度转移到了样片中，形成了GaN斜角台面。
(5)去胶：刻蚀完成后，将样片放入强氧化剂中去除残留掩蔽层，再依次采用丙酮、无水乙醇进行超声清洗，最后用大量去离子水漂洗，氮气吹干，得到 GaN斜角台面APD，台面的深度为0.5μm，倾斜角度为～15°。
(6)钝化：使用PECVD，在去胶后的AlGaN APD器件样品上生长一层约500nm的SiO2绝缘层进行钝化，如图9所示。详细实验参数如下：生长温度为350℃，SiH4/N2流量为100sccm，N2O流量为400sccm，生长功率为10W，腔室气压为300mTorr，生长时间为25min。
(7)电极开窗口：采用RIE干法刻蚀方法，将n型和p型位置的绝缘层去除，用于制作欧姆接触电极。详细实验参数如下：CF4流量为30sccm，O2流量为5sccm，RF功率为150W，腔室气压为5Pa，刻蚀时间为120s。
(8)制作电极：采用电子束蒸发方法，在GaN APD器件上分别蒸镀n型和p型电极并快速退火，形成n型和p型欧姆接触。
(9)制作场板：采用电子束蒸发方法，蒸镀一层覆盖斜台面上结区，并与 p型电极相连的金属Ti，形成场板。场板末端低于结区的水平位置100nm。详细实验参数如下：蒸发功率为18％，蒸发速率为0.2nm/s，蒸发厚度为100nm。
无场板结构的GaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布如图16所示，有场板结构的GaN APD器件在120V反向偏压下的电场分布如图17所示。场板的引入，使得GaN APD器件结区的峰值电场降低，有效防止了提前击穿。
实施例4：基于场板结构的GaN紫外雪崩光电探测器的制备方法
本实施例与实施例3基本相同，区别在于形成场板的金属为Au，绝缘层采用350nm的Si3N4，详细实验参数如下：生长温度为350℃，SiH4/N2流量为25sccm，N2流量为900sccm，生长功率为15W，腔室气压为600mTorr，生长时间为53min。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器，包括一AlGaN或GaN APD器件，其特征在于：AlGaN或GaN APD器件的两侧形成角度在15°-30°的斜坡，斜坡上设置有金属场板，所述场板覆盖结区，与p型电极相连，与n型电极不相连。
2.根据权利要求1所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器，其特征在于：AlGaN紫外雪崩光电探测器的结构自下至上依次包括：
一衬底层；
一n型AlGaN层；
一i型AlGaN层；
一p型GaN层；
一p+型GaN层；
其中器件两侧形成斜坡，斜坡从p+型GaN层至n型AlGaN层表面或内部，在斜坡上生长有绝缘层，p+型GaN层上蒸镀有p型电极，形成p型欧姆接触，n型AlGaN层露出，n型电极蒸镀在n型AlGaN层上，形成n型欧姆接触，所述金属场板蒸镀在绝缘层上。
3.根据权利要求1或2所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器，其特征在于：所述绝缘层为SiO2或Si3N4。
4.根据权利要求1所述的GaN紫外雪崩光电探测器，其特征在于：AlGaN紫外雪崩光电探测器的结构自下至上依次包括：
一衬底层；
一n型GaN层；
一i型GaN层；
一p型GaN层；
一p+型GaN层；
其中器件两侧形成斜坡，斜坡从p+型GaN层至n型AlGaN层表面或内部，在斜坡上生长有绝缘层，p+型GaN层上蒸镀有p型电极，形成p型欧姆接触，n型GaN层露出，n型电极蒸镀在n型GaN层上，形成n型欧姆接触，所述金属场板蒸镀在绝缘层上。
5.根据权利要求4所述的GaN紫外雪崩光电探测器，其特征在于：所述绝缘层为SiO2或Si3N4。
6.权利要求1、2或3中任一项所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法，其步骤包括：
(1)预处理：清洗AlGaN APD器件表面；
(2)光刻：在AlGaN APD器件表面制作厚度范围在6-8μm的光刻胶；
(3)光刻胶回流：对光刻胶进行烘烤，使光刻胶回流，形成12°-20°的倾斜角度；
(4)图形转移：采用ICP干法刻蚀方法，将光刻胶的倾斜角度转移到了器件中，形成自p+型GaN层至i型AlGaN层或n型AlGaN层的AlGaN斜坡；
(5)去胶：刻蚀完成后，将器件放入强氧化剂中去除残留光刻胶掩蔽层，然后清洗器件；
(6)钝化：采用PECVD法，在去胶后的AlGaN APD器件上生长一层的绝缘层进行钝化；
(7)电极开窗口：采用RIE干法刻蚀方法，将n型AlGaN层和p+型GaN层上准备设置电极位置的绝缘层去除，用于制作欧姆接触电极；
(8)制作电极：采用电子束蒸发方法，在AlGaN APD器件上分别蒸镀n型电极和p型电极并快速退火，形成n型和p型欧姆接触；
(9)制作场板：采用电子束蒸发方法，在绝缘层上蒸镀一层覆盖斜坡上结区，并与p型电极相连的金属，形成场板。
7.根据权利要求6所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中对待刻蚀的AlGaN APD器件依次进行丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗，120℃、2min烘干，去除表面水汽。
8.根据权利要求7所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述强氧化剂为98％的浓硫酸和30％的过氧化氢，按照体积比3:1混合。
9.根据权利要求8所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(6)中绝缘层的厚度为150-500nm。
10.根据权利要求9所述的AlGaN紫外雪崩光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤(9)中所述金属为Al、Ti、Ni或Au。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020011201A1 (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-16 | 南京集芯光电技术研究院有限公司 | 基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法 |
| CN111403566A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-10 | 天津赛米卡尔科技有限公司 | 具有侧壁场板的发光二极管器件结构及其制备方法 |
| CN111595884A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-08-28 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种适用于薄层超晶格材料的扫描电子显微镜检测方法 |
| CN111933724A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 光电二极管及其制备方法 |
| CN111933723A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 透明场板结构的紫外探测器及其制作方法 |
| CN111933740A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 紫外光电二极管及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023167630A1 (en) * | 2022-03-01 | 2023-09-07 | Advanced Micro Foundry Pte. Ltd. | Waveguide-based single-photon avalanche diode (spad) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050263844A1 (en) * | 2003-05-16 | 2005-12-01 | Wataru Saito | A Wideband Gap Power Semiconductor Device Having A Low On-Resistance And Having A High Aavalanche Ccapability Used For Power Control |
| CN100505331C (zh) * | 2002-12-10 | 2009-06-24 | 通用电气公司 | 恶劣环境下使用的雪崩光电二极管 |
| CN101752367A (zh) * | 2008-12-08 | 2010-06-23 | 通用电气公司 | 半导体器件及系统 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8269223B2 (en) * | 2010-05-27 | 2012-09-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Polarization enhanced avalanche photodetector and method thereof |
| CN106409967B (zh) * | 2016-11-08 | 2018-03-30 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | p‑i‑n—‑n型GaN单光子雪崩探测器 |
| CN206672951U (zh) * | 2016-12-27 | 2017-11-24 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种SiC雪崩光电二极管 |
| CN109004056A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-12-14 | 南京南大光电工程研究院有限公司 | 基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100505331C (zh) * | 2002-12-10 | 2009-06-24 | 通用电气公司 | 恶劣环境下使用的雪崩光电二极管 |
| US20050263844A1 (en) * | 2003-05-16 | 2005-12-01 | Wataru Saito | A Wideband Gap Power Semiconductor Device Having A Low On-Resistance And Having A High Aavalanche Ccapability Used For Power Control |
| CN101752367A (zh) * | 2008-12-08 | 2010-06-23 | 通用电气公司 | 半导体器件及系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| KAZUKI NOMOTO: ""1.7-kV and 0.55-mΩcm2 GaN p-n Diodes on Bulk GaN Substrates With Avalanche Capability"", 《IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS》 * |
| RUSSELL D. DUPUIS: ""High-Performance GaN and AlxGa1-xN Ultraviolet Avalanche Photodiodes Grown by MOCVD on Bulk III-N Substrates"", 《PROC. OF SPIE》 * |
| YOSHITOMO HATAKEYAMA: ""High-Breakdown-Voltage and Low-Specific-on-Resistance GaN p–n Junction Diodes on Free-Standing GaN Substrates Fabricated Through Low-Damage Field-Plate Process"", 《JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020011201A1 (zh) * | 2018-07-10 | 2020-01-16 | 南京集芯光电技术研究院有限公司 | 基于场板结构的AlGaN或GaN紫外雪崩光电探测器及其制备方法 |
| CN111403566A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-10 | 天津赛米卡尔科技有限公司 | 具有侧壁场板的发光二极管器件结构及其制备方法 |
| CN111595884A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-08-28 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种适用于薄层超晶格材料的扫描电子显微镜检测方法 |
| CN111595884B (zh) * | 2020-07-07 | 2024-03-15 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种适用于薄层超晶格材料的扫描电子显微镜检测方法 |
| CN111933724A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 光电二极管及其制备方法 |
| CN111933723A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 透明场板结构的紫外探测器及其制作方法 |
| CN111933740A (zh) * | 2020-07-22 | 2020-11-13 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 紫外光电二极管及其制备方法 |
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