2020 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of Single Photon Avalanche Diode with Monte Carlo Simulation
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17K06386
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鎌倉 良成 大阪工業大学, 情報科学部, 教授 (70294022)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | InAs/GaSbタイプII超格子 / 赤外線検出素子 / ドリフト拡散シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究後期の目標として掲げたSi以外の材料、とくに狭バンドギャップ化合物半導体を用いた赤外線検出素子の性能予測解析を行った。着目した系は、InAs/GaSbタイプII超格子を用いた障壁型の中赤外線検出素子である。コンタクト層、障壁層、受光層(n型)の3層から成るデバイス構造を仮定し、コンタクト層のドーピングをp型（pBn構造）、またはn型（nBn構造）としたときの暗電流の大きさをドリフト-拡散デバイスシミュレータで評価した。さらに、シミュレーション結果をもとに暗電流機構に関する考察を行った結果、以下のような知見が得られた。
(1) pBnおよびnBn構造はともに、一般的な障壁層のないp-i-n赤外線フォトダイオードと比較して効果的に暗電流を抑制することができる。さらに、それらの暗電流特性は障壁層のドーピング濃度に強く依存することから、その量を最適化することが性能を向上させる上で重要である。なお、それぞれの素子構造中では異なる物理機構によって暗電流が発生しており、その違いに配慮した素子設計が求められる。
(2) pBn構造においては、障壁層のドーピング濃度が低すぎる場合には受光層におけるトラップアシストトンネリング(TAT)電流が、一方ドーピング濃度が高すぎる場合には障壁層におけるTAT電流が、暗電流の増大要因となる可能性がある。
(3) nBn構造においては、障壁層のドーピング濃度が低すぎる場合にはコンタクト層からの熱電子放出電流が、一方ドーピング濃度が高すぎる場合には受光層におけるTAT電流が、暗電流の増大要因となる可能性がある。
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