GaN/AlGaN异质结构紫外探测器的制备与性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 游达 |
| 答辩日期 | 2006-06-08 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 龚海梅 |
| 关键词 | Gan/algan异质结构 器件制备 Sio2钝化膜 Mis 极化效应 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 氮化镓（GaN）基宽禁带半导体材料是制备高温、高功率、高频电子器件以及发光管、紫外探测器等光电子器件的重要材料。GaN基发光管在节约能源方面有着巨大的应用前景。而使用GaN基半导体光子探测器代替真空管进行紫外探测，也有其重大的应用背景。同时AlGaN作为GaN基的三元化合物，也是一种优异的宽禁带半导体材料，具有直接带隙、截止波长可调，使之成为制备高性能半导体紫外探测器的优选材料。本文从GaN/AlGaN p-i-n多层结构外延材料的测试出发，围绕着器件的工艺尤其是钝化工艺展开研究，系统地研究了SiO2介质膜钝化的机理，为GaN基紫外器件的制备工艺和可靠性研究奠定了基础，并为以后工程应用提供了重要依据。在基础研究方面，在国内首先开展了p-GaN/AlGaN异质结中二维空穴气的研究，并在此基础上研究了极化作用对p-GaN/AlGaN异质结Schottky器件的影响, 得到了一系列具有重要参考价值的数据与结论。 首先通过高分辨XRD测试方法对AlGaN基多层外延材料进行了测试与分析。通过Bond法结合弹性理论精确计算了多层外延材料中各层的Al组分和应变状态.另外，还介绍了通过PV函数法拟合从倒易空间图（RSM）中分离出衍射峰的方法计算了多层AlGaN外延材料中的应变和位错密度，表明AlGaN外延材料中的应变状态和位错密度是和外延材料中的Al组分、外延材料的结构密切相关的。最后探索性地通过设计多层缓冲层结构来释放高Al外延材料中的应变，从而达到提高外延材料质量的目的。 在完成了p-i-n结构外延材料的测试后，制备了正照射式GaN/AlGaN p-i-n结构紫外探测器，比较了不同的p-AlGaN厚度对器件性能的影响,并在器件工艺中引入了SiO2钝化膜的退火工艺，发现550℃对SiO2进行退火处理可以有效地降低器件的反向漏电流，并在一定程度程度上提高了响应率，通过优化退火时间和温度，在550℃退火30min的条件下得到了外部量子效率高达86.9%的前照射式可见盲探测器，器件在365nm时探测率高达1.89×1013cmHz1/2W-1。 详细地研究了SiO2介质膜在退火热处理过程中对器件的影响，研究了在退火过程中SiO2和p-GaN之间的相互作用。通过XRD、Hall、XPS、PL谱，透射光谱等测试手段对热处理后的p-GaN、p-GaN/AlGaN表面进行表征与分析，测试结果表明同样退火条件对p-GaN、p-GaN/AlGaN表面有不同的影响，并在此基础上分析了SiO2的退火对与p-GaN、p-GaN/AlGaN表面Ni/Au欧姆接触的影响，表明在适当的退火条件和温度下引入SiO2钝化膜退火工艺可以在不影响欧姆接触的前提下有效地提高器件的钝化效果。 接下来通过制备n-GaN、p-GaN的MIS器件研究了GaN与SiO2界面的电学性能，通过器件的I-V，C-V测试对SiO2的钝化效果进行了评价。制备了n-GaN的MIS结构，比较了RF-Sputtering法和PECVD法制备SiO2介质膜的钝化效果，测试结果表明，通过PECVD法制备SiO2的 MIS结构绝缘性能更好，但是界面态密度却高达4×1012eV-1cm-2，与此同时，RF-Sputtering法制备的SiO2的MIS结构的绝缘性能较差，但是界面态密度却比PECVD法制备的MIS低一个数量级，只有3.5×1011eV-1cm-2左右。另外，在研究n-GaN的基础上，还制备并研究了p-GaN的MIS结构，采用PECVD法制备SiO2介质膜，并在适当温度下对介质膜进行退火处理，通过对比发现p-GaN的MIS结构中的界面态密度较高，在550℃下退火SiO2介质膜不仅可以有效的降低氧化物固定电荷密度和界面态密度，还可以使得SiO2钝化膜的绝缘性能得到进一步地提高。 最后研究了Ga面p-GaN/Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构二维空穴气（2DHG）的特性，计算得到了2DHG的浓度、分布与顶层GaN和势垒层AlGaN厚度的关系。制备此类结构的肖特基紫外探测器，得到了不同偏压下器件的响应光谱，结果表明p型异质结肖特基探测器响应特性对偏压更敏感，在反向1V下的响应率可以达到0.19A/W。在正向偏压下，p型异质结肖特基探测器的响应光谱在283nm和355nm处出现两个吸收峰，并在响应光谱的测试中发现了与n型量子阱肖特基器件相同的峰值波长蓝移现象，这些主要是由器件内部强极化效应和Stark效应所引起的。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-07-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4482]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 游达. GaN/AlGaN异质结构紫外探测器的制备与性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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