报告题目：基于周期性AlN/GaN异质结的固态光电倍增管

报 告 人：汪莱 副教授

清华大学

主 持 人：张源涛 教授

报告时间：2017年12月4日 10:00

报告地点：唐敖庆楼D311报告厅

主办单位：电子科学与工程学院

集成光电子学国家重点实验室

物质科学吉林省高校高端科技创新平台

摘要:

用固态器件代替真空器件是近几十年半导体器件发展的基本趋势，例如用晶体管代替电子管、用发光二极管代替白炽灯和荧光灯等。但是在单光子级别的微弱光探测上，光电倍增管（PMT）这一真空器件时至今日依然是综合性能最佳的器件。尽管基于半导体的雪崩光电二极管（APD）可以实现光生载流子的倍增放大，但由于半导体中存在电子和空穴这两种载流子，APD的工作模式和PMT有显著区别。为获得高增益，APD必须工作于高场强下，此时电子和空穴的离化碰撞系数接近，倍增过程双向发生，使得APD的增益随电压陡峭增加导致雪崩击穿。这是受限于半导体能带的固有问题。因而，在探测单光子时，APD一般须工作于盖革计数模式，完全不同于PMT。盖格模式必须依赖复杂的控制电路，当制作高分辨探测器阵列时，控制电路将变得异常复杂。

本报告介绍了我们近期利用宽禁带半导体带阶大、能谷深的优势，实现了一种基于周期性AlN/GaN异质结结构的类PMT模式APD。其中，电子和空穴的离化系数之差约100倍，可认为只有电子这一种载流子发生离化碰撞。该APD在线性模式（非盖革模式）下实现了104的增益，而在此之前该记录为基于HgCdTe材料的103，常见的Si和SiC材料只有100，GaN材料只有10。此增益还可通过进一步优化异质结参数和增加异质结周期来提高，从而有望在线性模式下达到105-

106的水平，满足单光子探测的要求。

汪莱，清华大学电子工程系教研系列副教授、特别研究员、博士生导师。从事氮化物半导体光电子材料及器件研究。在高发光效率InGaN量子阱外延生长、LED器件物理和内量子效率评价方法、InGaN量子点发光器件、GaN基高增益线性模式雪崩探测器等方面取得了一系列创新成果。发表SCI论文90余篇，国际会议特邀报告10余次。2011年因GaN基LED材料研究的贡献获国家科技进步二等奖。