JPH0794773A - SiC紫外線検出器 - Google Patents

SiC紫外線検出器

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JPH0794773A
JPH0794773A JP5232877A JP23287793A JPH0794773A JP H0794773 A JPH0794773 A JP H0794773A JP 5232877 A JP5232877 A JP 5232877A JP 23287793 A JP23287793 A JP 23287793A JP H0794773 A JPH0794773 A JP H0794773A
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JP
Japan
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sic
type
substrate
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epitaxial layer
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JP5232877A
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Udein Ashiyurafu
アシュラフ・ウディン
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 300nm以下の短波長に対しても良好に応
答し、リーク電流が少なくて感度が高いSiC紫外線検
出器を提供する。 【構成】 p型α−SiC基板(10)と、基板(1
0)上に形成されたp型SiCエピタキシャル層(1
1)と、p型SiCエピタキシャル層(11)上に形成
されたn+ 型SiCエピタキシャル層(12)と、基板
(10)にオーミック接触する電極(15)と、n+
SiCエピタキシャル層(12)にオーミック接触する
電極(13)とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は150〜400nmの紫
外波長域においてフォトンを検出することができ、高温
環境でも作動するSiC紫外線検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、紫外波長域において高感度で応答
時間が短い固体光検出器が要望されている。しかし、現
在使用されている半導体材料からなる光検出器では、1
50〜400nmの波長域において効率的に作動すると
いう要求を完全に満たせるわけではない。六方晶炭化ケ
イ素(α−SiC)は、III−VまたはII−VI半
導体材料などの他の材料と比較して、応用面で優れた多
くの特性を有する。この材料は、よく知られた高い放射
線耐性に加えて、必要なスペクトル特性を有する(R.
G.Verenchikova et al.,So
v. Phys.Semicond.26,565(1
992))。
【0003】α−SiCフォトダイオードの利点は、バ
ンドギャップ(3eV)が広いことから、IR放射に応
答しないことであり、これはIRバックグラウンド中で
UVを検出することが要求される応用分野では重要であ
る。SiCデバイスの他の利点は、バンドギャップが広
いことからダイオード暗電流のレベルが非常に低いた
め、高温環境で利用できることである。このことは低レ
ベルのフォトン量を検出することが必要である場合に特
に重要である。
【0004】SiCのp−n接合およびスペクトル特性
を利用して紫外線放射を検出できることがわかっている
(R.B.Campbell et al.,Soli
dState Electron.10,949(19
67))。しかし、p−n接合デバイスの光感応スペク
トルは、表面からある距離に位置する空間電荷層のため
に300nmの領域で急激な落ち込みを示す。
【0005】SiCからなるショットキー・バリアフォ
トダイオードは、光感応領域が表面の近傍にあるため、
短波長の検出に有利である。しかし、ショットキーデバ
イスでは、キャリヤーのマルチフォトントンネリングの
ためにリーク電流が大きい。SiC中に非常に浅いp−
n接合を形成すれば、短波長に対する高感度も保証され
る。例えば、p−n接合が100nm以下の深さにある
ならば、波長λ=200nmの信号を効率的に検出でき
る。これはイオン注入または拡散技術によって達成でき
る。イオン注入によって製造された検出器は、λ=25
0〜300nmの領域に量子効率のピークを有する。し
かし、この検出器は逆方向電流が高いという深刻な欠点
を有する(Springer Proc. in Ph
ys.,Vol.34,(1989)p.1,13,E
dited by G.L.Harris and
C.Y.W.Yang)。
【0006】表面が(0001)配向のα−SiCから
なるアバランシェ・フォトダイオードは、伝導帯上のα
−SiCの超構造の影響によると思われるミニバンド中
の電子の動きによる単極性増倍を保証できるため、原理
的に重要である。この効果が低濃度にドープされたn型
SiC基板上に(Alで)高濃度にドープされたp+
SiC層を成長させることによって観察されたことは強
調されるべきである。発生するキャリヤーは主にホール
であり、これは過剰ノイズレベルが低いことを保証す
る。周囲の表面は、表面ブレークダウンを防止するため
に、薄い絶縁層を形成するように処理されている。この
p−n接合は、飛躍が大きく均一なアバランシェブレー
クダウン電圧に関して非対称である。
【0007】しかし、AlまたはNの拡散によってp+
−nまたはn+ −pフォトダイオードを形成する方法で
は、非常に高い温度(2800℃)と長時間(20時
間)を要する(H.C.Chang et al.,P
roc.Conf. on SiC,N.Y.,Per
gamon,1960,p.496)。また、デプレッ
ション領域はフォトダイオードの上面から数μmの近傍
に形成されるため、量子効率が低下する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、30
0nm以下の短波長に対するも良好に応答し、リーク電
流が少なくて感度が高いSiC紫外線検出器を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明のSiC
紫外線検出器は、第1導電型のα−SiC基板と、該基
板上に形成された第1導電型のSiC層と、該SiC層
上に形成された第2導電型の高濃度SiC層と、前記第
1導電型の基板にオーミック接触する電極と、前記第2
導電型の高濃度SiC層にオーミック接触する電極とを
具備したことを特徴とするものである。
【0010】本願第2の発明のSiC紫外線検出器は、
第1導電型のα−SiC基板と、該基板上に形成された
第1導電型のSiC層と、該SiC層上に形成された絶
縁層と、該絶縁層上に形成された金属層と、前記第1導
電型の基板にオーミック接触する電極とを具備したこと
を特徴とするものである。
【0011】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
願第1の発明のSiC紫外線検出器は、n型SiC基板
\n型SiC層\p+ SiC層という構造、またはp型
SiC基板\p型SiC層\n+ SiC層という構造を
有している。そして、特に中間層および最上層のSiC
層のキャリヤー濃度を適当に設定することによりリーク
電流を小さくして応答効率を高めている。ここで、キャ
リヤー濃度は、基板に関しては0.5〜10×1018
-3、中間層のSiC層に関しては1016〜1018cm
-3特に1〜5×1017cm-3、最上層のSiC層に関し
ては1〜5×1018cm-3であることが好ましい。
【0012】中間層および最上層のSiC層を液相エピ
タキシー(LPE)または化学気相成長(CVD)によ
りエピタキシャル成長させれば、製造条件を緩和するこ
とができる。最上層のp+ またはn+ 層は、NF2 /O
2 混合ガスを用いてRIEでエッチングすることにより
厚さ0.1〜0.5μmとすることができ、短波長に対
する応答性を改善できる。
【0013】デバイスの形状をメサ型にしコンタクト領
域以外のp+ またはn+ 領域をRIEによって0.1μ
m以下の厚さまで薄くすれば、短波長に対する応答性を
より増大させることができる。メサ型にすれば、コンタ
クトの焼結工程で引き起こされる収率ロスを避けること
もできる。また、メサ型ダイオードのエッジに酸化膜を
形成すれば、リーク電流を非常に低くすることができ、
低レベルの光照射に対する応答効率を増大させることが
できる。
【0014】本願第2の発明のSiC紫外線検出器は、
n型SiC基板\n型SiC層\絶縁層\金属層という
構造、またはp型SiC基板\p型SiC層\絶縁層\
金属層という構造を有している。そして、本願第1の発
明と同様に、中間層のSiC層のキャリヤー濃度、絶縁
層・金属層の厚さを適当に設定することによりリーク電
流を小さくして応答効率を高めている。このデバイスに
関しても、メサ型の形状を採用して上記と同様な効果を
得ることができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1 図1に本実施例におけるn+ −p接合を持つ紫外線検出
器を示す。基板10は、アルミニウムまたはボロンがド
ープされたキャリヤー濃度0.5〜10×1018cm-3
のp型SiC(図面では六方晶SiCを6H:SiCで
表記する)である。このp型SiC基板10上にアルミ
ニウムまたはボロンがドープされた1〜5μm厚さのp
型SiCエピタキシャル層11を成長させる。エピタキ
シャル層11のキャリヤー濃度は約1〜5×1017cm
-3である。ドーピングは実質的に均一であってもよい
し、勾配をもっていてもよい。基板10のキャリヤー濃
度が高いとデバイスの直列抵抗が減少する。p型SiC
エピタキシャル層11の上に窒素が高濃度にドープされ
たn+ 型SiCエピタキシャル層12を成長させて、n
+ −p接合を持つフォトダイオードを形成する。n+
SiCエピタキシャル層12の厚さは0.1〜0.5μ
mであり、キャリヤー濃度は1〜10×1018cm-3
ある。p型SiCエピタキシャル層11に深さ方向に徐
々に低濃度になるように勾配を持たせてドーピングする
と、デプレッション領域の幅が広がって応答効率が増大
する。
【0016】エピタキシャル層12とオーミック接触す
るNi/Alからなる電極13、および基板10とオー
ミック接触するTi/Alからなる電極15を形成す
る。電極をArガス雰囲気中でアニールする。図2に示
すように、上面16の電極13のパターン17をくし形
に加工することにより、光誘起キャリヤーを効率よく集
めて感度を増大させる。電極13上にAuワイヤ14を
接続する。
【0017】図3に示すように、本発明に係る紫外線検
出器は、エッジにおけるリーク電流を減少させるため
に、エッジに自然酸化膜またはシリコン酸化膜23を有
するメサ型としてもよい。メサの中心部の電極24上に
Auワイヤ25が形成される。n+ エピタキシャル層2
2上のコンタクト領域はオーミック接触を確保するため
に厚くする。基板20、p型エピタキシャル層21、お
よびn+ 型エピタキシャル層22のキャリヤー濃度およ
び厚さは、それぞれ10、11、12と同一である。
【0018】図4にn+ −p接合を持つ紫外線検出器の
応答スペクトルを示す。約270nmの近傍で応答性が
ピークを示している。図5にn+ 型エピタキシャル層の
厚さと応答性のピーク位置との関係を示す。n+ 型エピ
タキシャル層の厚さが減少するにつれて、応答性のピー
ク位置が短波長側にシフトしていることがわかる。
【0019】実施例2 図6に本実施例におけるp+ −n接合を持つ紫外線検出
器を示す。キャリヤー濃度0.5〜10×1018cm-3
のn型SiC基板30上に窒素がドープされた1〜5μ
m厚さのn型SiCエピタキシャル層31を成長させ
る。エピタキシャル層31のキャリヤー濃度は約1〜5
×1017cm-3である。ドーピングは実質的に均一であ
ってもよいし、勾配をもっていてもよい。基板30のキ
ャリヤー濃度が高いとデバイスの直列抵抗が減少する。
n型SiCエピタキシャル層31の上にアルミニウムが
0.5〜10×1018cm-3の高キャリヤー濃度にドー
プされた厚さ0.1〜0.5μmのp+ 型SiCエピタ
キシャル層32を成長させて、p+ −n接合を持つフォ
トダイオードを形成する。n型SiCエピタキシャル層
31に深さ方向に徐々に低濃度になるように勾配を持た
せてドーピングすると、デプレッション領域の幅が広が
って応答効率が増大する。
【0020】エピタキシャル層32とオーミック接触す
るTi/Alからなる電極33、および基板30とオー
ミック接触するNi/Alからなる電極35を形成す
る。電極をArガス雰囲気中でアニールする。図7に示
すように、上面36の電極33のパターン37をくし形
に加工することにより、光誘起キャリヤーを効率よく集
めて感度を増大させる。電極33上にAuワイヤ34を
接続する。
【0021】図8に示すように、本発明に係る紫外線検
出器は、エッジにおけるリーク電流を減少させるため
に、エッジに自然酸化膜またはシリコン酸化膜43を有
するメサ型としてもよい。メサの中心部の電極44上に
Auワイヤ45が形成される。p+ エピタキシャル層4
2上のコンタクト領域はオーミック接触を確保するため
に厚くする。基板40、n型エピタキシャル層41、お
よびp+ 型エピタキシャル層42のキャリヤー濃度およ
び厚さは、それぞれ30、31、32と同一である。
【0022】図9に実施例1および2におけるn+ −p
およびp+ −n接合を持つ紫外線検出器のλ=270n
mの波長に対する感度を、最上層のn+ およびp+ エピ
タキシャル層中のキャリヤー濃度の関数として示す。基
板中および中間層のエピタキシャル層中のキャリヤー濃
度は一定としている。この図から、最上層のn+ および
+ エピタキシャル層中のキャリヤー濃度は、特に1〜
10×1018cm-3の範囲が好ましいことがわかる。
【0023】図10に実施例1および2におけるn+
pおよびp+ −n接合を持つ紫外線検出器のλ=270
nmの波長に対する感度を、中間層のpおよびnエピタ
キシャル層中のキャリヤー濃度の関数として示す。基板
中および最上層のエピタキシャル層中のキャリヤー濃度
は一定としている。この図から、中間層のpおよびnエ
ピタキシャル層中のキャリヤー濃度は、1016〜1018
cm-3の範囲で選択すればよく、特に1〜5×1017
-3の範囲が好ましいことがわかる。
【0024】実施例3 図11に本実施例におけるMIS型の紫外線検出器を示
す。キャリヤー濃度0.5〜10×1018cm-3のn型
SiC基板50上に、キャリヤー濃度1〜5×1017
-3、厚さ1〜5μmの窒素がドープされたn型SiC
エピタキシャル層51を成長させる。エピタキシャル層
51上に、自然酸化膜またはシリコン酸化膜52を成長
させる。酸化膜52の厚さは5〜30nmである。酸化
膜52上に、Cr,Au,Ti,Pb,Pdなどからな
る半透明の金属層53を成長させ、MISダイオードを
形成する。金属層53上に電極54を形成し、Auまた
はAl,Cuなどのワイヤ55を接続する。n型基板5
0とオーミック接触するNi/Alからなる電極56を
形成する。オーミック接触を達成するために、Arガス
雰囲気中でアニールする。
【0025】図12に示すように、このMISダイオー
ドは図8と同様なメサ型としてもよい。なお、エッジの
酸化膜64は形成しても形成しなくてもよいが、形成す
ればエッジのリーク電流を減少させることができ、リー
ク電流が減少するにつれてMISダイオードの感度が向
上する。AuまたはAl,Cuなどのワイヤ65はメサ
の中心部に形成される。金属層63上のコンタクト領域
はオーミック接触を確保するために厚くする。基板60
およびn型エピタキシャル層61のキャリヤー濃度およ
び厚さは、それぞれ50、51と同一である。酸化膜6
2および金属層63の厚さは、それぞれ52、53と同
一である。
【0026】実施例4 図13に本実施例におけるMIS型の紫外線検出器を示
す。キャリヤー濃度0.5〜10×1018cm-3のp型
SiC基板70上に、キャリヤー濃度5〜10×1017
cm-3、厚さ1〜5μmのAlがドープされたp型Si
Cエピタキシャル層71を成長させる。エピタキシャル
層71上に、自然酸化膜またはシリコン酸化膜72を成
長させる。酸化膜72の厚さは5〜30nmである。酸
化膜72上に、Cr,Au,Ti,Pb,Pdなどから
なる半透明の金属層73を成長させ、MISダイオード
を形成する。金属層73上に電極74を形成し、Auま
たはAl,Cuなどのワイヤ75を接続する。n型基板
70とオーミック接触するTi/Alからなる電極76
を形成する。オーミック接触を達成するために、Arガ
ス雰囲気中でアニールする。
【0027】図14に示すように、このMISダイオー
ドはメサ型としてもよい。なお、エッジの酸化膜84は
形成しても形成しなくてもよいが、形成すればエッジの
リーク電流を減少させることができ、リーク電流が減少
するにつれてMISダイオードの感度が向上する。Au
またはAl,Cuなどのワイヤ85はメサの中心部に形
成される。金属層83上のコンタクト領域はオーミック
接触を確保するために厚くする。基板80およびp型エ
ピタキシャル層81のキャリヤー濃度および厚さは、そ
れぞれ70、71と同一である。酸化膜82および金属
層83の厚さは、それぞれ72、73と同一である。
【0028】図13に本発明の紫外線検出器の応答性を
周波数を関数として示す。106 Hz以下では高い応答
性を示すが、106 Hzを超えると応答信号は急激に減
少する。したがって、本発明の紫外線検出器は、0.1
μsの応答時間でフォトンを検出できる。
【0029】図14にMIS紫外線検出器の応答スペク
トルを示す。p−n接合を持つ紫外線検出器と比較し
て、応答スペクトルはブロードになっている。ピーク位
置は約280nmの領域である。酸化膜52および金属
層53の厚さが減少するのにともなって、ピーク位置は
短波長側へシフトする。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、3
00nm以下の短波長に対しても良好に応答し、リーク
電流が少なくて感度が高いSiC紫外線検出器を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるn+ −p接合紫外線
検出器の断面図。
【図2】図1の紫外線検出器の上面電極のパターン形状
を示す平面図。
【図3】本発明の実施例1におけるメサ型のn+ −p接
合紫外線検出器の断面図。
【図4】本発明の実施例1における紫外線検出器の応答
スペクトル図。
【図5】本発明の実施例1における紫外線検出器のn+
型エピタキシャル層の厚さと感度のピーク位置との関係
を示す特性図。
【図6】本発明の実施例2におけるp+ −n接合紫外線
検出器の断面図。
【図7】図6の紫外線検出器の上面電極のパターン形状
を示す平面図。
【図8】本発明の実施例2におけるメサ型のp+ −n接
合紫外線検出器の断面図。
【図9】本発明の実施例1および2におけるn+ −pお
よびp+ −n接合を持つ紫外線検出器のλ=270nm
の波長に対する感度を、最上層のn+ およびp+ エピタ
キシャル層中のキャリヤー濃度の関数として示す特性
図。
【図10】本発明の実施例1および2におけるn+ −p
およびp+ −n接合を持つ紫外線検出器のλ=270n
mの波長に対する感度を、中間層のpおよびnエピタキ
シャル層中のキャリヤー濃度の関数として示す特性図。
【図11】本発明の実施例3におけるn型基板を有する
MIS紫外線検出器の断面図。
【図12】本発明の実施例3におけるn型基板を有する
メサ型のMIS紫外線検出器の断面図。
【図13】本発明の実施例4におけるp型基板を有する
MIS紫外線検出器の断面図。
【図14】本発明の実施例4におけるp型基板を有する
メサ型のMIS紫外線検出器の断面図。
【図15】本発明の紫外線検出器の応答性を周波数を関
数として示す特性図。
【図16】本発明のMIS紫外線検出器の応答スペクト
ル図。
【符号の説明】
10、20…p型SiC基板、11、21…p型SiC
エピタキシャル層、12、22…n+ 型SiCエピタキ
シャル層、13、24…電極、14、25…Auワイ
ヤ、15…電極、23…酸化膜、30、40…n型Si
C基板、31、41…n型SiCエピタキシャル層、3
2、42…p+ 型SiCエピタキシャル層、33、44
…電極、34、45…Auワイヤ、35…電極、43…
酸化膜、50、60…n型SiC基板、51、61…n
型SiCエピタキシャル層、52、62、64…酸化
膜、53、63…金属層、54…電極、55、65…A
uワイヤ、56…電極、70、80…p型SiC基板、
71、81…p型SiCエピタキシャル層、72、8
2、84…酸化膜、73、83…金属層、75、85…
Auワイヤ、76…電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型のα−SiC基板と、該基板
    上に形成された第1導電型のSiC層と、該SiC層上
    に形成された第2導電型の高濃度SiC層と、前記第1
    導電型の基板にオーミック接触する電極と、前記第2導
    電型の高濃度SiC層にオーミック接触する電極とを具
    備したことを特徴とするSiC紫外線検出器。
  2. 【請求項2】 第1導電型のα−SiC基板と、該基板
    上に形成された第1導電型のSiC層と、該SiC層上
    に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成された金属層
    と、前記第1導電型の基板にオーミック接触する電極と
    を具備したことを特徴とするSiC紫外線検出器。
JP5232877A 1993-09-20 1993-09-20 SiC紫外線検出器 Pending JPH0794773A (ja)

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