平面型GaN基紫外探测器的制备与性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 包西昌 |
| 答辩日期 | 2010-06-02 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 李向阳 |
| 关键词 | 平面型gan基紫外探测器 器件制备 离子注入 电容特性 负微分电容 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | GaN基宽禁带半导体材料在GaN基发光管及半导体光子探测器方面具有巨大的应用前景。GaN紫外探测器制备材料采用绝缘的蓝宝石为衬底，而普遍采用的台面成型工艺需刻蚀掉部分材料以制备n型欧姆接触电极。刻蚀工艺不可避免的引入表面损伤，使表面态密度显著增大，且台面的侧面钝化工艺困难，这些问题为器件性能的进一步提高带来了难度。本文以离子注入为突破口，以研制性能优良的平面型GaN基紫外探测器为目的，围绕高温处理对p-GaN材料性能的影响、注入条件的选择与激活、改型材料的欧姆接触、正照射平面型p-n结光电性能、平面型GaN p-i-n探测器的光电性能和电容特性等问题展开。研究了高温处理对p-GaN材料性能的影响，结果表明：样品在1150 ℃，5 min N2氛围下薄膜的半高宽与未处理样品相比无明显变化，随着温度的进一步升高，半高宽迅速增大。热处理后样品的表面氧化层增厚，只有选择氧化能力更强的王水才能形成较好的欧姆接触。采用SRIM软件模拟了注入深度及注入浓度的分布，随后采用实验进行了验证。在注入浓度一定的情况下，样品经1150 ℃，5 min的激活载流子浓度达到较高的值，温度继续升高，载流子浓度升高趋缓。综合考虑，器件制备采用1150 °C，5 min 热激活退火条件。采用MOCVD法在蓝宝石衬底上制备了p-GaN单晶薄膜，利用Si注入的方式成功实现了部分p-GaN 改型为n+-GaN，并成功制备了平面型GaN p-n紫外探测器。器件的开启电压为2.8 V。无光照时，零偏压暗电流为8.5×10-12 A。室温下探测器在368 nm处的峰值响应率为0.065 A/W。温度降为80 K时，360 nm处的峰值响应率仅为0.039 A/W。随着温度的降低，载流子浓度显著降低，导致器件的串联电阻迅速增大，使器件产生的信号很难被收集，导致器件的响应率降低。成功制备了背照射平面型GaN基p-i-n紫外探测器。探测器零偏下的平均暗电流低于10-11A，平均动态零压电阻大于109 Ω。探测器零偏压下峰值响应率达到0.124 A/W。对器件的电容特性进行了详细的研究，器件的电容随频率的增大逐渐降低，由于本征层完全耗尽，p型一侧Mg掺杂杂质大部分以深能级的形式存在，其浓度远远高于n型层一侧的深能级浓度。采用Schibli-Milnes模型进行了分析，得到的实验结果与理论模型相当吻合。利用1/C2-V的关系，计算得到了两个典型器件反向偏压、1 M测试频率下空间电荷区的杂质浓度分别为9.05×1017 cm-3和3.18×1017 cm-3。低频时，探测器的C-V曲线随测试温度或者频率的变化均出现了新颖的负微分电容现象，结合GaAs异质结中的负微分电容理论对此进行了初步的拟合分析。采用台面工艺制备了日盲AlGaN p-i-n紫外探测器。探测器平均动态零压电阻R0为1010 Ω量级，零偏压下的暗电流均值Id为5×10-11A左右。响应波长范围为254-290 nm，峰值响应波长为278 nm，峰值响应率为0.042 A/W，开启电压2 V左右。电容频率特性表明器件的电容随频率的增大而先迅速后缓慢降低，但在频率高于100 KHz后又加速下降。通过器件低频下的电容计算得到耗尽层宽度为160 nm，低于设计的本征层厚度，未耗尽本征层的高阻是引起100 KHz 附近电容变化趋势改变的重要原因。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5146]  |
| 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 | 包西昌. 平面型GaN基紫外探测器的制备与性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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