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Description
GaN基LGAD器件结构参数的仿真研究
郭大林，张克雄，文甲甲，夏晓川，张振中，张贺秋，柳阳，梁红伟
大连理工大学，微电子学院，辽宁省大连市，116024
通讯作者：张克雄，大连理工大学，微电子学院，15382208398,kxzhang@dlut.edu.cn
梁红伟，大连理工大学，微电子学院，13940905322,hwliang@dlut.edu.cn
低增益雪崩探测器(LGAD)工作在增益均匀稳定的线性模式，能够在放大入射粒子发生信号的同时避免放大噪声，从而实现高时间分辨能力。目前LGAD由硅（Si）材料制成，面临着抗辐照和耐高温工作能力差的问题。与Si材料相比，氮化镓（GaN）禁带宽度大、位移阈能高，有望解决Si基LGAD面临的上述问题。
本文使用TCAD软件研究了在反向偏压500V，重离子入射时倍增层位置对LGAD器件性能的影响。
1）如图1所示，改变电场控制层掺杂类型。根据图3算出pinin结构增益（15.2）大于pipin（9.5），这是因为pinin结构初始由单空穴触发雪崩且pinin结构的入射粒子先经过倍增层。如图2、4所示，改变倍增层厚度（MT）不会改变增益的大小关系。如图5、6所示，MT和电场控制层掺杂浓度（ED）不变时，结构改变不影响器件耗尽电压但会影响击穿电压。
2）如图1所示，改变粒子入射方向。根据图3算出pinin结构粒子正向入射增益（15.2）大于反向入射（14.0），这是因为正向入射时粒子先经过倍增层。正向入射时电流信号的上升时间（0.09ns）小于反向入射（0.14ns），这是因为正向入射减少了空穴在吸收层中漂移的时间。如图2、4所示，改变MT不会改变增益和上升时间的大小关系。
本文研究的LGAD器件所得增益皆明显优于pin结构。pinin结构在正向入射时可获得最大增益且上升时间更小。因此可以推测pinin结构正向入射时会有较好的时间分辨率。
