氮化镓基雪崩光电二极管的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 许金通 |
| 答辩日期 | 2007-06-04 |
| 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 | 氮化镓基雪崩光电二极管 湿法腐蚀 持续光电导 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 氮化镓基宽禁带半导体材料由于其化学性质稳定、直接带隙以及带隙可调范围大等特点，因此在高功率、高频电子器件以及发光器件、紫外探测器等方面具有巨大的潜在和现实应用。 本文从研制氮化镓基雪崩光电二极管的目的出发，对氮化镓基薄膜材料的筛选、氮化镓基光导器件的持续光电导效应、高铝组分氮化镓基薄膜材料的湿法腐蚀以及雪崩二极管的研制和测试等进行了详细的研究。对于氮化镓基雪崩二极管而言，高质量的外延材料是制作高性能器件的关键；因此有必要对材料的筛选进行系统的研究，以利于筛选出器件级的材料。工艺也对雪崩二极管的性能起很大的影响，特别是刻蚀工艺；而干法刻蚀是制备氮化镓基紫外探测器的关键工艺之一，一般情况下都会对材料造成较大的物理损伤；而湿法腐蚀、特别是高铝组分的湿法腐蚀将有助于消除干法刻蚀带来的损伤，从而减小器件的漏电流。最后，综合运用上面的材料筛选和湿法腐蚀的工艺，成功制作出氮化镓基雪崩光电二极管。论文获得的主要结论是： 研究了可见盲和日盲波段的氮化镓基薄膜材料的紫外可见光谱，通过计算发现，可以用以下的标准来简单评价外延材料的质量：如果外延材料的质量较好，则在可见波段，透射率最低值的范围是0.76~0.79，透射率干涉的幅度是0.08=8％左右，而如果材料质量不高，则透射率和透射率干涉的幅度都将分别小于以上数值。可以透过材料的伏安特性曲线测试来大致表征材料表面的导电性并区分双抛材料的正反面。氮化镓光导器件的持续光电导的研究表明，可以用势垒限制复合模型来拟合持续光电导曲线；在高电场下，持续光电导的衰退过程被加速，这与热效应不同，称之为持续光电导的电场效应。 采用氢氧化钾溶液腐蚀氮化镓基薄膜材料，发现20％的氢氧化钾溶液当溶液温度是85，95和102°C时，其腐蚀速率大致是0.48, 0.64, 和0.96μm/min。实验中，我们还发现，如果降低氢氧化钾溶液的浓度，则腐蚀速率将减小。扫描电子显微镜测试表明，腐蚀后的表面出现六角型的腐蚀坑。原子力显微镜测试结果说明腐蚀使得材料表面变得粗糙。俄歇电子能谱测试表明干法刻蚀后铝镓氮材料表面富氧缺氮，表面上的氮几乎全部被氧替代，而湿法腐蚀则可以使得表面得到恢复。X射线光电子能谱测试表明，Ga 2p和3d的峰值位置在湿法腐蚀前分别是1118.10和20.04eV；湿法腐蚀后，峰值位置是1117.56和19.85eV。湿法腐蚀后，镓的结合能位置向低能方向移动，这说明腐蚀前表面的氧化物和损伤的表面已经被去除了。此外双晶衍射实验表明湿法腐蚀后，其半高宽由0.1688°减小到0.1658°，这说明了薄膜材料的晶体周期性得到了提高，湿法腐蚀减小或去除了表面的刻蚀损伤。通过优化工艺，制作出光敏面积小的氮化镓基雪崩光电二极管器件。器件结构是背照射可见盲p-GaN/i-GaN/n-Al0.324Ga0.676N/buffer layer/Sapphire结构，可以正入射也可以背入射测试。在正入射、且反向偏压是70伏时，雪崩增益大约是2～3；背照射下的增益与正照射有很大的不同；通过器件拟合软件AMPS-1D拟合结果表明，不考虑极化和应力，在高反向偏压时，i-GaN/n- Al0.324Ga0.676N 异质界面附近存在着很强的电场，背照射时在此处产生的光生空穴将获得很高的加速电场，从而有助于空穴雪崩过程. |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-08-14 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/4690]  |
| 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 | 许金通. 氮化镓基雪崩光电二极管的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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