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AlxGa1-xN的MOCVD外延生长及日盲p-i-n型焦平面阵列探测器的研制

2020-12-17阅读(165)

AlxGa1-xN的MOCVD外延生长及日盲p-i-n型焦平面阵列探测器的研制

论文摘要

第三代半导体GaN与AlN合成的AlxGa1-xN三元合金晶体材料随着Al组分的变化其禁带宽度不但变化范围大（3.4eV～6.2Ev）且连续可调,对应吸收光的波段在200～365nm之间连续变化,其中探测波段在240～280nm区间的日光盲探测器可以广泛应用于生化分析、臭氧监测、紫外通讯、太阳照度监测、火灾监测等领域,在国内外引起了广泛的关注。本论文首先介绍了MOCVD设备外延生长AlxGa1-xN材料的原理、相关的物理化学过程及存在的问题;然后开展了衬底的选择、AlN基板缓冲层和超晶格缓冲层、高Al组分AlxGa1-xN的MOCVD外延生长及其n型掺杂等方面的实验研究;最后,设计和制作了320×256元AlxGa1-xN日盲p-i-n型焦平面阵列（FPA）探测器,并对其电学性质、光谱响应、成像演示等性能进行了测试。论文获得的主要研究结果如下:（1）通过工艺优化,在蓝宝石衬底上成功制备了AlN基板和AlxGa1-xN/AlN超晶格缓冲层。获得的AlN基板（0002）和（10-12）晶面的摇摆曲线FWHM值分别为37秒和712秒,且AFM测试结果显示表面光滑程度为原子级。（2）制备出了Al组分高于0.6的AlxGa1-xN外延材料,其（0002）晶面摇摆曲线FWHM值为213秒;其n型载流子浓度大于6.9×1018cm-3、室温载流子迁移率大于50.0cm2/v·s,性能基本满足器件制作要求,并进行了背照式PIN结构紫外探测器材料外延生长。（3）探测器样品光谱响应范围为253～280nm,为日盲区探测;在2伏反向偏压工作状态下,探测器样品在265nm波段附近达到峰值响应,响应度为0.15A/W,量子效率为63%;在3伏反向偏压工作状态下,单元器件的暗电流密度为6.5nA/cm2;阵列的峰值探测率Dλ*为3.63×1013cm·Hz1/2/W。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  • xGa1-xN 基材料研究的背景与意义'>1.1 高Al 组分AlxGa1-xN 基材料研究的背景与意义
  • 1.2 MOCVD 外延生长方法的特点
  • xGa1-xN 材料MOCVD 外延生长的主要问题'>1.3 AlxGa1-xN 材料MOCVD 外延生长的主要问题
  • 1.3.1 衬底的选择
  • xGa1-xN 材料MOCVD 外延生长的主要问题'>1.3.2 蓝宝石衬底上AlxGa1-xN 材料MOCVD 外延生长的主要问题
  • xGa1-xN 材料生长的国内外现状'>1.4 AlxGa1-xN 材料生长的国内外现状
  • 1.4.1 国外研究及发展现状
  • 1.4.2 国内研究及发展现状
  • xGa1-xN 基紫外探测器的应用背景'>1.5 AlxGa1-xN 基紫外探测器的应用背景
  • xGa1-xN 基紫外探测器的研究进展'>1.6 AlxGa1-xN 基紫外探测器的研究进展
  • 1.7 本文研究的目的
  • 1.8 本文研究的主要内容
  • 2 蓝宝石衬底上 AlN 基板 MOCVD 外延生长研究
  • 2.1 MOCVD 生长AlN 基板的基本物理化学过程
  • 2.2 TMAl 流量变化对AlN 基板生长的影响
  • 2.2.1 实验过程
  • 2.2.2 测试结果与讨论
  • 2.3 温度变化对AlN 基板生长的影响
  • 2.3.1 实验过程
  • 2.3.2 测试结果与讨论
  • xGa1-xN 超晶格缓冲层的MOCVD 外延生长'>2.4 AlN/AlxGa1-xN 超晶格缓冲层的MOCVD 外延生长
  • 2.4.1 实验过程
  • 2.4.2 测试结果与讨论
  • 2.5 本章小结
  • xGa1-xN 材料 MOCVD 生长'>3 蓝宝石衬底上高 Al 组分 AlxGa1-xN 材料 MOCVD 生长
  • xGa1-xN 外延生长的影响'>3.1 TMGa 流量对AlxGa1-xN 外延生长的影响
  • 3.1.1 实验过程
  • 3.1.2 测试结果与讨论
  • xGa1-xN/AlN 超晶格缓冲层上高Al 组分AlxGa1-xN 外延材料的生长研究'>3.2 AlxGa1-xN/AlN 超晶格缓冲层上高Al 组分AlxGa1-xN 外延材料的生长研究
  • 3.2.1 实验过程
  • 3.2.2 测试结果与讨论
  • xGa1-xN 晶体材料的n 型掺杂研究'>3.3 AlxGa1-xN 晶体材料的n 型掺杂研究
  • 3.3.1 实验过程
  • 3.3.2 测试结果与讨论
  • 3.4 本章小结
  • xGa1-xN 基日盲p-i-n 型 FPA 探测器的研制'>4 AlxGa1-xN 基日盲p-i-n 型 FPA 探测器的研制
  • xGa1-xN 基p-i-n 型探测器工作原理'>4.1 AlxGa1-xN 基p-i-n 型探测器工作原理
  • 4.2 紫外探测器p-i-n 结构设计
  • xGa1-xN 焦平面阵列探测器设计与制作'>4.3 AlxGa1-xN 焦平面阵列探测器设计与制作
  • xGa1-xN 日盲p-i-n 型FPA 探测器的性能'>4.4 AlxGa1-xN 日盲p-i-n 型FPA 探测器的性能
  • 4.4.1 探测器相关参数介绍
  • 4.4.2 参数测试装置及测试结果
  • 4.5 本章小结
  • 5 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 作者在攻读学位期间发表的论文

    • 相关论文文献

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