| 题名 | 背照射MIS结构AlGaN日盲紫外光电探测器材料生长与光电特性研究 |
| 作者 | 韩五月 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) |
| 导师 | 蒋红 ; 陈一仁 |
| 关键词 | 光电探测器 日盲紫外 AlGaN材料 金属有机化学气相沉积 金属-绝缘层-半导体结构 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 随着科技的发展,紫外探测技术被广泛地应用于军事和民用领域。AlGaN日盲紫外探测器具有全固态、本征截止、工作电压小、物理化学性质稳定等优点。而且,AlGaN材料具有直接宽带隙,带隙宽度从3.4-6.2 eV连续可调,覆盖了日盲紫外波段,是制作日盲紫外探测器的理想材料。在传统的研究中,AlGaN日盲紫外探测器多采用PIN结构,虽然其暗电流低、响应速度快,适合制备与Si基读出电路混合集成的焦平面阵列。但是,由于PIN结构中,高Al组分的AlGaN材料不仅p型掺杂困难,而且掺入的受主镁原子的激活能很高,难于获得高性能p-AlGaN材料;在异质外延生长时,由于外延材料与衬底间的晶格常数和热膨胀系数差异,导致晶格失配和热失配较严重;此外,金属电极很难在p型AlGaN材料上形成良好的欧姆接触,不利于光生载流子的输运和提取等缺点。这些因素都是严重制约着其发展的根源。尽管p-GaN材料可以克服p-AlGaN材料电学性能差的缺点,并解决光生载流子的输运难问题,但是p-GaN材料在近紫外区有响应,这不符合日盲紫外探测器的要求。所以,我们提出采用背照射MIS结构制作AlGa N日盲紫外探测器,其不仅具有与PIN结构相类似的优点,而且可以避免p-AlGaN材料带来的技术瓶颈。然而,肖特基结构探测器存在内部电场低,耗尽区较窄的问题,导致其响应度和量子效率较低。本文从调节异质界面极化电场和调节光吸收区内部电场的角度,围绕提高MIS结构AlGaN日盲紫外探测器的响应度和量子效率展开研究。采用MOCVD外延生长,首先在C面蓝宝石衬底上生长高质量的AlN缓冲层。然后,在传统MIS材料结构的基础上,提出在异质界面处引入Al组分渐变的n-Al_xGa_(1-x)N薄层,调节异质界面的极化电场。同时在光吸收层内引入同Al组分的n-AlGaN薄层,调节光吸收区的内部电场,并且通过模拟与实验相结合进行验证。此外,我们还通过不同肖特基接触金属电极对比实验,优化了MIS结构器件的光电特性。研究过程取得主要成果如下:1、在传统“两步生长法”的基础上,提出中温AlN插入层法,有效阻挡了在低温缓冲层中形成的位错的继续延伸,释放应力,获得了高质量AlN模板。2、在异质界面处,生长Al组分渐变的n-Al_xGa_(1-x)N薄层,调节异质界面极化电荷密度,降低异质界面的极化电场强度,从而有效降低了器件的暗电流。与此同时,Al组分渐变层的引入也有效的释放了光吸收层的应力,提高了光吸收层AlGaN材料晶体质量。3、提出在本征光吸收层内,引入同质的n-AlGaN薄层材料,有效提高了光吸收层内部电场。而光吸收区内部电场的提高,将有助于光生载流子的运输和分离,从而改善MIS结构器件光电特性。4、通过不同肖特基接触金属电极对MIS结构器件光电特性影响的对比实验,进一步优化了MIS结构器件的光电性能,其光谱响应范围介于255-280nm之间,0V偏压下的峰值响应度为0.115A/W@270nm,相应的外量子效率达53%,紫外/可见光抑制比为10~3数量级;在3V反向偏压下的响应度为0.154A/W,相应的外量子效率达70.6%,其响应速度约为24μs。该论文的研究结果为克服PIN结构中高Al组分的p-AlGaN材料带来的问题奠定了基础。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61554]  |
| 专题 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 韩五月. 背照射MIS结构AlGaN日盲紫外光电探测器材料生长与光电特性研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 2018. |
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