Avalanche multiplication characteristics of GaN p-n junction diodes (PNDs) with double-side-depleted shallow bevel termination, which exhibit nearly ideal avalanche breakdown, were investigated by photomultiplication measurements using sub-bandgap light. In GaN PNDs under reverse bias conditions, optical absorption induced by the Franz-Keldysh (FK) effect is observed, resulting in a predictable photocurrent. The avalanche multiplication factors were extracted as a ratio of the measured values to the calculated FK-induced photocurrent. In addition, the temperature dependences of the avalanche multiplications were also investigated.
References
1.
I. C.
Kizilyalli
, A. P.
Edwards
, O.
Aktas
, T.
Prunty
, and D.
Bour
, IEEE Electron Device Lett.
36
, 10
(2015
).2.
T.
Maeda
, T.
Narita
, H.
Ueda
, M.
Kanechika
, T.
Uesugi
, T.
Kachi
, T.
Kimoto
, M.
Horita
, and J.
Suda
, in IEDM Technical Digest
(2018
), p. 30.1.1
.3.
N.
Sawada
, T.
Narita
, M.
Kanechika
, T.
Uesugi
, T.
Kachi
, M.
Horita
, T.
Kimoto
, and J.
Suda
, Appl. Phys. Express
11
, 041001
(2018
).4.
M.
Kodama
, M.
Sugitomo
, E.
Hayashi
, N.
Soejima
, O.
Ishiguro
, M.
Kanechika
, K.
Itoh
, H.
Ueda
, T.
Uesugi
, and T.
Kachi
, Appl. Phys. Express
1
, 021104
(2008
).5.
M.
Kanechika
, M.
Sugimoto
, N.
Soejima
, H.
Ueda
, O.
Ishiguro
, M.
Kodama
, E.
Hayashi
, K.
Itoh
, T.
Uesugi
, and T.
Kachi
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
46
, 21
(2007
).6.
S.
Chowdhury
, B. L.
Swenson
, and U. K.
Mishra
, IEEE Electron Device Lett.
29
(6
), 543
–545
(2008
).7.
Y.
Saitoh
, K.
Sumiyoshi
, M.
Okada
, T.
Horii
, T.
Miyazaki
, H.
Shiomi
, M.
Ueno
, K.
Katayama
, M.
Kiyama
, and T.
Nakamura
, Appl. Phys. Express
3
, 081001
(2010
).8.
W.
Li
, K.
Nomoto
, M.
Pilla
, M.
Pan
, X.
Gao
, D.
Jena
, and H. G.
Xing
, IEEE Trans. Electron Devices
64
(4
), 1635
(2017
).9.
K.
Nomoto
, B.
Song
, Z.
Hu
, M.
Zhu
, M.
Qi
, N.
Kaneda
, T.
Mishima
, T.
Nakamura
, D.
Jena
, and H. G.
Xing
, IEEE Electron Device Lett.
37
, 161
(2016
).10.
J.
Wang
, L.
Cao
, J.
Xie
, E.
Beam
, R.
McCarthy
, C.
Youtsey
, and P.
Fay
, Appl. Phys. Lett.
113
, 023502
(2018
).11.
H.
Fukushima
, S.
Usami
, M.
Ogura
, Y.
Ando
, A.
Tanaka
, M.
Deki
, M.
Kushimoto
, S.
Nitta
, Y.
Honda
, and H.
Amano
, Appl. Phys. Express
12
, 026502
(2019
).12.
Y.
Zhang
, M.
Yuan
, N.
Chowdhury
, K.
Cheng
, and T.
Palacios
, IEEE Electron Device Lett.
39
, 5
(2018
).13.
R. A.
Khadar
, C.
Liu
, P.
Xiang
, K.
Cheng
, and E.
Matioli
, IEEE Electron Device Lett.
39
, 3
(2018
).14.
T.
Oka
, T.
Ina
, Y.
Ueno
, and J.
Nishii
, Appl. Phys. Express
8
, 054101
(2015
).15.
D.
Shibata
, R.
Kajitani
, M.
Ogawa
, K.
Tanaka
, S.
Tamura
, T.
Hatsuda
, M.
Ishiba
, and T.
Ueda
, in IEDM Technical Digest
(2016
), p. 10.1.1
.16.
M.
Sun
, Y.
Zhang
, X.
Gao
, and T.
Palacios
, IEEE Electron Device Lett.
38
, 4
(2017
).17.
C.
Gupta
, C.
Lund
, S. H.
Chan
, A.
Agarwal
, J.
Liu
, Y.
Enatsu
, S.
Keller
, and U. K.
Mishra
, IEEE Electron Device Lett.
38
(3
), 353
(2017
).18.
D.
Ji
, C.
Gupta
, S. H.
Chan
, A.
Agarwal
, W.
Li
, S.
Keller
, U. K.
Mishra
, and S.
Chowdhury
, in IEDM Technical Digest
(2017
), p. 9.4.1
.19.
R.
McClintock
, J. L.
Pau
, K.
Minder
, C.
Bayram
, P.
Kung
, and M.
Razeghi
, Appl. Phys. Lett.
90
, 141112
(2007
).20.
J. B.
Limb
, D.
Yoo
, J. H.
Ryou
, W.
Lee
, S. C.
Shen
, R. D.
Dupuis
, M. L.
Reed
, C. J.
Collins
, M.
Wraback
, D.
Hanser
, E.
Preble
, N. M.
Williams
, and K.
Evans
, Appl. Phys. Lett.
89
, 011112
(2006
).21.
M.
Mukherjee
, N.
Mazumder
, S. K.
Roy
, and K.
Goswami
, Semicond. Sci. Technol.
22
, 1258
(2007
).22.
A.
Reklaitis
and L.
Reggiani
, J. Appl. Phys.
95
, 7925
(2004
).23.
J.
Kolnik
, I. H.
Oguzman
, K. F.
Brennan
, R.
Wang
, and P. P.
Ruden
, J. Appl. Phys.
81
, 726
(1997
).24.
I. H.
Oguzman
, E.
Bellotti
, K. F.
Brennan
, J.
Kolnik
, R.
Wang
, and P. P.
Ruden
, J. Appl. Phys.
81
, 7827
(1997
).25.
F.
Bertazzi
, M.
Moresco
, and E.
Bellotti
, J. Appl. Phys.
106
, 063718
(2009
).26.
K.
Kodama
, H.
Tokuda
, and M.
Kuzuhara
, J. Appl. Phys.
114
, 044509
(2013
).27.
K.
Kunihiro
, K.
Kasahara
, Y.
Takahashi
, and Y.
Ohno
, IEEE Electron Device Lett.
20
, 12
(1999
).28.
L.
Cao
, J.
Wang
, G.
Harden
, H.
Ye
, R.
Stillwell
, A. J.
Hoffman
, and P.
Fay
, Appl. Phys. Lett.
112
, 262103
(2018
).29.
T.
Maeda
, T.
Narita
, M.
Kanechika
, T.
Uesugi
, T.
Kachi
, T.
Kimoto
, M.
Horita
, and J.
Suda
, Appl. Phys. Lett.
112
, 252104
(2018
).30.
T.
Maeda
, M.
Okada
, M.
Ueno
, Y.
Yamamoto
, M.
Horita
, and J.
Suda
, Appl. Phys. Express
9
, 091002
(2016
).31.
32.
L. V.
Keldysh
, Sov. Phys. JETP
34
, 1138
(1958
), available at http://jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_007_05_0788.pdf.33.
D. E.
Aspnes
, Phys. Rev.
147
(2
), 554
(1966
).34.
F.
Yan
, C.
Qin
, J. H.
Zhao
, and M.
Weiner
, Mater. Sci. Forum
389
, 1305
(2002
).35.
H.
Niwa
, J.
Suda
, and T.
Kimoto
, IEEE Trans. Electron Devices
62
, 10
(2015
).36.
T.
Narita
, N.
Ikarashi
, K.
Tomita
, K.
Kataoka
, and T.
Kachi
, J. Appl. Phys.
124
, 165706
(2018
).37.
T.
Maeda
, T.
Narita
, H.
Ueda
, M.
Kanechika
, T.
Uesugi
, T.
Kachi
, T.
Kimoto
, M.
Horita
, and J.
Suda
, IEEE Electron Devices Lett.
40
, 941
(2019
).38.
T.
Maeda
, X.
Chi
, M.
Horita
, J.
Suda
, and T.
Kimoto
, Appl. Phys. Express
11
, 091302
(2018
).39.
I.
Vurgaftman
, J. R.
Meyer
, and L. R.
Ram-Mohan
, J. Appl. Phys.
89
, 5815
(2001
).40.
S. M.
Sze
and K. K.
Ng
, Physics of Semiconductor Devices
, 3rd ed. (Wiley
, New York
, 2007
), pp. 104
–112
.41.
A. S.
Barker
, Jr. and M.
Ilegems
, Phys. Rev. B
7
, 743
(1973
).42.
G. E.
Bulman
, L. W.
Cook
, and G. E.
Stillman
, Solid-State Electron.
25
, 1189
(1982
).43.
T.
Maeda
, T.
Narita
, H.
Ueda
, M.
Kanechika
, T.
Uesugi
, T.
Kachi
, T.
Kimoto
, M.
Horita
, and J.
Suda
, in Proceedings of the 31st IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD)
(2019
), pp. 59
–62
.44.
A. G.
Chynoweth
, Phys. Rev.
109
(5
), 1537
(1958
).45.
Y.
Okuto
and C. R.
Crowell
, Solid-State Elctron.
18
(2
), 161
(1975
).46.
T.
Maeda
, X.
Chi
, H.
Tanaka
, M.
Horita
, J.
Suda
, and T.
Kimoto
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
, 091007
(2019
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
