| 题名 | GaN基光电器件中雪崩倍增效应及应用 |
| 作者 | 王玲 |
| 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 ; 张燕 |
| 关键词 | Gan基材料 雪崩光电二极管 异质结 欧姆接触 钝化 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 本文围绕GaN基光电器件中雪崩倍增效应及应用开展了一些工作：以雪崩倍增基本理论以及载流子的高场输运性能为理论基础，通过优化器件结构及制备工艺，制备了正照式和背照式单元GaN基APDs器件，并对器件性能进行了表征和分析。正照式器件方面，特别分析了引起雪崩器件暗电流的因素，尤其是带间隧穿和缺陷辅助隧穿电流的影响；背照式器件方面，分析了GaN/AlGaN异质结界面处极化电荷对电流-电压特性曲线的影响，根据试验数据计算出了p-GaN/i-GaN/n-AlGaN结构APDs器件的电子/空穴碰撞电离系数。在此基础上，初步开展了光敏面面积较大及日盲APDs器件的研制。本论文的主要工作如下：1. 以纤锌矿GaN材料的能带结构及蒙特卡罗法计算得到的电子/空穴碰撞电离系数为基础，计算了器件(倍增区宽度不同)的电子与空穴倍增因子 ，结果表明倍增区宽度为0.2 μm时有利于提高器件性能，为设计具有合适结构的GaN基APDs器件提供了理论依据。2. 设计了材料 (p-GaN(100 nm)/i-GaN(200 nm)/n+-GaN(3 μm)/GaN buffer layer/sapphire)结构，优化制备工艺得到了光敏面半径不同的器 件(15 μm和20μm)，通过正向电流-电压计算得到了器件的串联电阻分别为42Ω和24Ω，但是在光敏面半径较小的器件的电流-反偏电压特 性曲线上发现了“异常”现象。3. 测试加光照时器件的电流-电压特性曲线，并计算得到了倍增因子，反偏电压65.5V时，器件 (半径为15 μm)的最大倍增因子为1.42E4， 由变温电流-电压关系计算得到了器件的雪崩击穿电压温度系数为0.0283K/V。4. 分析研究器件的暗电流：反偏电压小于雪崩击穿电压时，表面漏电机制为主，设计了一种具有双台面结构的器件，它利用较薄p型材料形成 台面侧面的耗尽层，仿真结果说明它有效地降低了靠近台面侧面的电场(最大~10倍)。器件测试结果方面：光敏面半径15 μm的器件，电压 为-71V时，暗电流减小了3.2倍，而光敏面半径20 μm的器件，电压为-67V时，暗电流减小了3.8倍；临近雪崩击穿时，体内漏电为主，尤其 是带间隧穿电流，计算了器件(i层厚度不同)的带间隧穿电流，结果发现i层厚度越大，越有利于抑制带间隧穿电流对器件的影响，但是却使 其击穿电压增加，并制备了i层厚度不同的器件，试验结果与理论计算相吻合。制备了光敏面直径较大的器件(d=200 μm)，并利用缺陷辅助 隧穿模型研究了其暗电流特性，通过对试验数据进行拟合发现：材料内存在能级为Ec-0.63 eV 的深能级缺陷。5. 利用异质结基本理论计算了N面极化GaN/AlGaN异质结处极化电荷：负极化电荷，面密度为2.2E12/cm2，并借助器件模拟软件(TCAD)研究 极化电荷的存在对器件暗电流以及击穿电压的影响。优化器件制备工艺，搭建测试系统，测试计算得到了器件的倍增因子：电压为-60V时， 器件(r=15 μm)的直流倍增因子为6900，而交流倍增因子只有133。并且，利用变温电流-电压特性曲线而得到了正的击穿电压温度系数。其 次，根据正、背照式器件的倍增因子而计算得到了p-GaN/i-GaN/n-AlGaN异质结结构的器件中电子与空穴的碰撞电离系数。最后，制备了p- Al0.45Ga0.55N/ i-Al0.45Ga0.55N /n-Al0.65Ga0.35N结构的小光敏面日盲器件，并测试其暗电流。6. 研究GaN基光电探测器的噪声以及器件结构参数对噪声的影响，如-12V时，中低频下，光敏面半径为20 μm器件的电流噪声功率谱1E- 21A2/Hz；而对于半径为150 μm p-i-n探测器，电流噪声功率谱随着p电极面积的增加而增加。7. 首先借助伏安特性曲线得到了对Ti/Al/Ti/Au/n-Al0.63Ga0.37N形成欧姆接触较有利的快速热退火条件为45s，750°C(氮气气氛)，并利用俄 歇电子能谱分析了不同退火条件下元素深度分布，分析形成欧姆接触的机理。其次，KOH溶液表面处理有效地降低了128×1器件的暗电流， -8V时，减小近~103，利用AES、TLM模型等分析原因。最后，研究了快速热退火工艺对材料表面以及钝化层钝化效果的影响：在表面覆盖 Si3N4钝化层时，退火后，材料的透射率、衍射强度有所增加，双晶衍射半高宽减小，而表面反射谱变化最大；N2气氛中，不同的退火时间 与温度都可以减小SiO2/Al0.33Ga0.67N的界面态密度，但是氧化层中的固定电荷密度变化各异，某些退火条件下的MIS器件的C-V曲线出现了 “异常”。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5154]  |
| 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 | 王玲. GaN基光电器件中雪崩倍增效应及应用[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论