廉海峰

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，蘇州 215000）

APD 是一種利用內(nèi)光電效應(yīng)和雪崩倍增效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的探測(cè)和信號(hào)放大的器件，它的核心結(jié)構(gòu)是 PN 結(jié)[1]。其工作的基本原理：在設(shè)定的工作偏壓下，APD倍增區(qū)存在很強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)光子在 APD 吸收區(qū)被吸收后產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，并在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下與勢(shì)壘區(qū)的晶格原子發(fā)生碰撞離化，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)，新產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)繼續(xù)發(fā)生碰撞電離，在一系列的碰撞離化后，形成雪崩倍增，達(dá)到對(duì)光信號(hào)的探測(cè)和放大的效果。

1 國(guó)外專(zhuān)利分析

國(guó)外專(zhuān)利申請(qǐng)量和時(shí)間的關(guān)系大致可以分為四個(gè)時(shí)期：

（1）萌芽期（1975年之前）：1957年德國(guó)西門(mén)子公司申請(qǐng)的一項(xiàng)專(zhuān)利中首次出現(xiàn)了典型的雪崩模式的I-V曲線，標(biāo)志著雪崩增益器件的出現(xiàn)；1967年美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)了第一個(gè)APD器件的專(zhuān)利；在這之后，其它國(guó)家也出現(xiàn)了一些申請(qǐng)，但是數(shù)量都有限，該時(shí)期處于APD的萌芽期。

（2）快速增長(zhǎng)期（1976～1989年）：隨著對(duì)硅、鍺、GaAs材料生長(zhǎng)工藝的完善以及對(duì)于微弱光探測(cè)的需求的增長(zhǎng)，APD器件的專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)入到了快速發(fā)展期，尤其是日本的申請(qǐng)量急劇增加。

（3）低谷期（1990～1999年）：在基于硅、鍺、GaAs材料的APD器件的研究日趨完善以及新材料發(fā)展緩慢的情況下，專(zhuān)利申請(qǐng)的數(shù)量不可避免的陷入的低谷。

（4）成熟期（2000年至今）：隨著材料生長(zhǎng)工藝的進(jìn)步，尤其是通過(guò)MOCVD外延技術(shù)的成熟，GaN[2]、SiC[3]等第三代半導(dǎo)體的生長(zhǎng)工藝已經(jīng)能夠生長(zhǎng)符合器件制備的材料，在此基礎(chǔ)上APD器件的專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)俅尾饺朐鲩L(zhǎng)并到達(dá)成熟期，在此期間的專(zhuān)利申請(qǐng)趨于平穩(wěn)。

2 中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)狀況

國(guó)內(nèi)的發(fā)展非常滯后，當(dāng)國(guó)外已經(jīng)進(jìn)入到成熟期時(shí)國(guó)內(nèi)才開(kāi)始出現(xiàn)萌芽，直到2004年才由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所申請(qǐng)了中國(guó)的第一個(gè)APD器件的專(zhuān)利。中國(guó)的申請(qǐng)中國(guó)外的申請(qǐng)人占了多數(shù)，排名前10中有6個(gè)國(guó)外申請(qǐng)人，這與我國(guó)進(jìn)入該領(lǐng)域時(shí)間較晚的現(xiàn)實(shí)相符合，排名前10中的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人其中4個(gè)是高?；蜓芯克?。另外對(duì)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人已經(jīng)結(jié)案的申請(qǐng)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)公司的授權(quán)比例只有50%，而國(guó)內(nèi)高校研究所的授權(quán)比例達(dá)到80%。

3 雪崩光電二極管（APD）專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展路線

雪崩光電二極管（APD）的發(fā)展主要圍繞材料與結(jié)構(gòu)，1957年德國(guó)西門(mén)子公司申請(qǐng)的一項(xiàng)專(zhuān)利中首次出現(xiàn)了典型的雪崩模式的I-V曲線，這標(biāo)志著雪崩擊穿模式的出現(xiàn)。

1967年美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)了第一個(gè)APD器件的專(zhuān)利，制備該APD器件的材料是硅，其結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的一個(gè)PN結(jié)。同年，貝爾實(shí)驗(yàn)室又申請(qǐng)了第一個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)的APD器件的專(zhuān)利，制備該器件的材料為砷化銦。1968年美國(guó)德州儀器公司申請(qǐng)了第一個(gè)平面結(jié)構(gòu)的APD器件的專(zhuān)利，制備該器件的材料可以是硅、鍺或砷化鎵。

1971年德國(guó)TELEFUNKEN PATENT申請(qǐng)了第一個(gè)SAM型 APD器件的專(zhuān)利。這種結(jié)構(gòu)的 APD 具備吸收區(qū)與雪崩區(qū)分離的特點(diǎn)，它可以實(shí)現(xiàn)單種載流子（電子或空穴）觸發(fā)雪崩，使載流子倍增時(shí)引入的碰撞電離隨機(jī)性減少，從而雪崩過(guò)噪聲也減小[4]。進(jìn)入80年代后基于InGaAS/InP異質(zhì)結(jié)的APD器件蓬勃發(fā)展，其中日本公司是絕對(duì)主力。

隨著材料生長(zhǎng)工藝的進(jìn)步基于三族氮化物等半導(dǎo)體的紫外波段的APD器件陸續(xù)出現(xiàn)，例如1997年申請(qǐng)的基于InyAlxGa1-x-yN材料的APD器件；1999年申請(qǐng)的基于AlGaN的日盲型紫外APD；2002年申請(qǐng)的基于SiC材料的APD器件。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，從全球來(lái)看日本在該領(lǐng)域的專(zhuān)利最多，其次是美國(guó)，體現(xiàn)了這兩個(gè)國(guó)家技術(shù)實(shí)力的雄厚；中國(guó)進(jìn)入該領(lǐng)域的時(shí)間比較晚，當(dāng)全球?qū)＠幱诔墒炱跁r(shí)中國(guó)才開(kāi)始萌芽，并且中國(guó)的申請(qǐng)人主要是高校研究所，國(guó)內(nèi)公司不僅申請(qǐng)量少，授權(quán)比率也要大大低于高校研究所，這表明了我國(guó)在APD領(lǐng)域的研究還主要停留在理論實(shí)驗(yàn)階段，國(guó)內(nèi)還鮮有公司能夠生產(chǎn)APD器件。APD器件在通訊、醫(yī)療、特別是軍事領(lǐng)域有著重要的作用，因此我國(guó)的APD研究還任重道遠(yuǎn)。

[1] P.P.Webb，R.J.Mclntyre，and J.Conradi，RCA REV.，vol.35，pp.234-278，1974.

[2] Carrano J C，Lambert D J H，Eiting C J，et al.Applied Physics Letters，2000，76（7）：924-926.

[3] Yan F，Luo Y，Zhao J H，et al.Electronics Letters，1999，35（11）：929-930.

[4] C.Bayram，J.L.Pau，R.McClintock，and M.Razeghi，Appl.Phys.Lett.，92，241103（2008）.