Skip to main content
Erschienen in: Journal of Electronic Materials 9/2021

16.06.2021 | Original Research Article

Avalanche Multiplication and Time in Thin 4H-SiC Avalanche Photodiodes

verfasst von: Pei Ling Cheang, Eng Kiong Wong, Lay Lian Teo

Erschienen in: Journal of Electronic Materials | Ausgabe 9/2021

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

A Monte Carlo model using random ionization path lengths describing the gain, excess noise, and time for different groups of carriers in thin 4H-SiC avalanche photodiodes (APDs) is developed. This work simulated the mean multiplication gain and excess noise of electrons and holes in 4H-SiC APDs at 0.05 µm, 0.1 µm, 0.2 µm and 0.3 µm multiplication widths in a high electric field and computed avalanche time at 0.1 μm and 0.2 µm in detail for both electron- and hole-initiated multiplication with dead space. The model simulates higher hole impact ionization coefficients than those of electrons for an electric field below 2 MV/cm. Our results show that hole-initiated multiplication gives higher gain and possesses lower excess noise than electron-initiated multiplication. The avalanche time of carriers increases with the width of the multiplication region. Longer avalanche time in a thin device may limit the performance of an APD as an optical signal sensing device. Our model shows the distribution of carriers with respect to time in detail, inclusive of the existence of secondary carriers due to different groups of feedback carriers and dead time. The hole-initiated multiplication shows faster avalanche time than electron-initiated multiplication due to the fast feedback electrons.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat L. Su, D. Zhou, H. Lu, R. Zhang, and Y. Zheng, J. Semicond. 40, 121802 (2019).CrossRef L. Su, D. Zhou, H. Lu, R. Zhang, and Y. Zheng, J. Semicond. 40, 121802 (2019).CrossRef
2.
Zurück zum Zitat X. Guo, L.B. Rowland, G.T. Dunne, J.A. Fronheiser, P.M. Sandvik, A.L. Beck, and J.C. Campbell, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 136 (2006).CrossRef X. Guo, L.B. Rowland, G.T. Dunne, J.A. Fronheiser, P.M. Sandvik, A.L. Beck, and J.C. Campbell, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 136 (2006).CrossRef
3.
Zurück zum Zitat B.K. Ng, F. Yan, J.P.R. David, R.C. Tozer, G.J. Rees, C. Qin, and J.H. Zhao, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1342 (2002).CrossRef B.K. Ng, F. Yan, J.P.R. David, R.C. Tozer, G.J. Rees, C. Qin, and J.H. Zhao, IEEE Photon. Technol. Lett. 14, 1342 (2002).CrossRef
4.
Zurück zum Zitat J. Camassel, S. Contreras, and J.L. Robert, C. R. Acad. Sci. Paris 1, 5 (2000). J. Camassel, S. Contreras, and J.L. Robert, C. R. Acad. Sci. Paris 1, 5 (2000).
5.
6.
Zurück zum Zitat C.C. Sun and A.H. You, Mal. J. Fund. 12, 117 (2016). C.C. Sun and A.H. You, Mal. J. Fund. 12, 117 (2016).
7.
Zurück zum Zitat F. Yan, J.H. Zhao, and G.H. Olsen, Solid-State Electron. 44, 341 (2000).CrossRef F. Yan, J.H. Zhao, and G.H. Olsen, Solid-State Electron. 44, 341 (2000).CrossRef
9.
Zurück zum Zitat A.O. Konstantinov, Q. Wahab, N. Nordell, and U. Lindefelt, J. Electron. Mater. 27, 335 (1998).CrossRef A.O. Konstantinov, Q. Wahab, N. Nordell, and U. Lindefelt, J. Electron. Mater. 27, 335 (1998).CrossRef
10.
Zurück zum Zitat E. Bellotti, H.E. Nilsson, and K.F. Brennan, J. Appl. Phys. 87, 3864 (2000).CrossRef E. Bellotti, H.E. Nilsson, and K.F. Brennan, J. Appl. Phys. 87, 3864 (2000).CrossRef
11.
Zurück zum Zitat H.E. Nilsson, E. Bellotti, K.F. Brennan, and M. Hjelm, Mater. Sci. Forum. 765, 338 (2000). H.E. Nilsson, E. Bellotti, K.F. Brennan, and M. Hjelm, Mater. Sci. Forum. 765, 338 (2000).
12.
Zurück zum Zitat D.M. Nguyen, C. Raynaud, N. Dheilly, M. Lazar, D. Tournier, P. Brosselard, and D. Planson, Diamond Rel. Mater. 20, 395 (2011).CrossRef D.M. Nguyen, C. Raynaud, N. Dheilly, M. Lazar, D. Tournier, P. Brosselard, and D. Planson, Diamond Rel. Mater. 20, 395 (2011).CrossRef
13.
Zurück zum Zitat A.J. Bauer, P. Friedrichs, M. Krieger, G. Pensl, R. Rupp, and T. Seyller, Mater. Sci. Forum. 1081, 645 (2010). A.J. Bauer, P. Friedrichs, M. Krieger, G. Pensl, R. Rupp, and T. Seyller, Mater. Sci. Forum. 1081, 645 (2010).
14.
Zurück zum Zitat P.L. Cheang, E.K. Wong, and L.L. Teo, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 082001 (2019).CrossRef P.L. Cheang, E.K. Wong, and L.L. Teo, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 082001 (2019).CrossRef
15.
Zurück zum Zitat B.K. Ng, J.P.R. David, R.C. Tozer, and G.J. Rees, IEEE Trans. Electron Devices. 50, 1724 (2003).CrossRef B.K. Ng, J.P.R. David, R.C. Tozer, and G.J. Rees, IEEE Trans. Electron Devices. 50, 1724 (2003).CrossRef
16.
Zurück zum Zitat C.C. Sun, A.H. You, E.K. Wong, Multiplication gain and excess noise factor in 4H-SiC APD. IEEE-Int. Conf. Semicond. Electron. Proc. 366 (2012). C.C. Sun, A.H. You, E.K. Wong, Multiplication gain and excess noise factor in 4H-SiC APD. IEEE-Int. Conf. Semicond. Electron. Proc. 366 (2012).
17.
Zurück zum Zitat P. Sun, M.M. Hayat, J.C. Campbell, B.E.A. Saleh, M.C. Teich, Correlation between gain and buildup-time fluctuations in ultrafast avalanche photodiodes and its effect on receiver sensitivity. OFC/NFOEC Technical Digest. Optical Fiber Comm. Conf. (2005), p. 1. P. Sun, M.M. Hayat, J.C. Campbell, B.E.A. Saleh, M.C. Teich, Correlation between gain and buildup-time fluctuations in ultrafast avalanche photodiodes and its effect on receiver sensitivity. OFC/NFOEC Technical Digest. Optical Fiber Comm. Conf. (2005), p. 1.
18.
Zurück zum Zitat R.B. Emmons and G. Lucovsky, IEEE Trans. Electron Devices. 13, 297 (1966).CrossRef R.B. Emmons and G. Lucovsky, IEEE Trans. Electron Devices. 13, 297 (1966).CrossRef
19.
20.
Zurück zum Zitat J.D. Petticrew, S.J. Dimler, X. Zhou, A.P. Morrison, C.H. Tan, and J.S. Ng, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 3801506 (2018).CrossRef J.D. Petticrew, S.J. Dimler, X. Zhou, A.P. Morrison, C.H. Tan, and J.S. Ng, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 3801506 (2018).CrossRef
21.
Zurück zum Zitat A. Akturk, N. Goldsman, S. Potbhare, and A. Lelis, J. Appl. Phys. 105, 033703 (2009).CrossRef A. Akturk, N. Goldsman, S. Potbhare, and A. Lelis, J. Appl. Phys. 105, 033703 (2009).CrossRef
22.
Zurück zum Zitat L.V. Keldysh, Soviet Phys. JETP 21, 1135 (1965). L.V. Keldysh, Soviet Phys. JETP 21, 1135 (1965).
23.
Zurück zum Zitat S.M. Sze and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 2007), p. 683. S.M. Sze and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 2007), p. 683.
24.
Zurück zum Zitat W.S. Loh, B.K. Ng, J.S. Ng, S.I. Soloviev, H.Y. Cha, P.M. Sandvik, C.M. Johnson, and J.P.R. David, IEEE Trans. Electron. Devices. 55, 1984 (2008).CrossRef W.S. Loh, B.K. Ng, J.S. Ng, S.I. Soloviev, H.Y. Cha, P.M. Sandvik, C.M. Johnson, and J.P.R. David, IEEE Trans. Electron. Devices. 55, 1984 (2008).CrossRef
25.
Zurück zum Zitat T. Hatakeyama, T. Watanabe, and T. Shinohe, Appl. Phys. Lett. 85, 1380 (2004).CrossRef T. Hatakeyama, T. Watanabe, and T. Shinohe, Appl. Phys. Lett. 85, 1380 (2004).CrossRef
26.
Zurück zum Zitat X. Guo, A.L. Beck, X. Li, J.C. Campbell, D. Emerson, and J. Sumakeris, IEEE J. Quantum Electron. 41, 562 (2005).CrossRef X. Guo, A.L. Beck, X. Li, J.C. Campbell, D. Emerson, and J. Sumakeris, IEEE J. Quantum Electron. 41, 562 (2005).CrossRef
Metadaten
Titel
Avalanche Multiplication and Time in Thin 4H-SiC Avalanche Photodiodes
verfasst von
Pei Ling Cheang
Eng Kiong Wong
Lay Lian Teo
Publikationsdatum
16.06.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Electronic Materials / Ausgabe 9/2021
Print ISSN: 0361-5235
Elektronische ISSN: 1543-186X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11664-021-09044-x

Weitere Artikel der Ausgabe 9/2021

Journal of Electronic Materials 9/2021 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt