GaN基p-i-n紫外探测器研究

论文摘要

宽禁带半导体材料GaN及其三元合金AlGaN,由于其禁带宽度大、热稳定性和化学稳定性好,在光电子器件,尤其紫外探测器领域有着重要的应用价值。其中探测波段在240-280nm区间（日光盲区）的探测器可以广泛应用于导弹尾焰探测、火灾监测、卫星间通信等领域,在国际上引起了广泛的研究兴趣。本文针对基于高温AlN模板层的GaN基背照式p-i-n型日光盲探测器的设计、制作与性能测试开展了研究。着重研究了对实现日光盲探测具有重要意义的AlN缓冲层材料的MOCVD生长、p型GaN的掺杂及欧姆接触。研究发现在蓝宝石衬底表面无氮化,低V/III比情况下,可以在1200℃高温下生长出表面原子级光滑的AlN材料。将该AlN材料作为模板层,成功生长了高Al组分（>0.4）的n-AlGaN材料。在高温AlN模板上采用渐变δ掺杂的方法,制备了空穴浓度高于5.0×1017cm-3的高质量p-GaN材料。分析发现,HT-AlN/蓝宝石模板与渐变δ掺杂的方法改善了p-GaN的晶体质量,提升了p型性能。通过快速退火的实验研究,利用圆形传输线模型进行测试分析,在600℃150秒的快速退火条件下,获得了比接触电阻为5.14×10-5Ω·cm2的高质量p型欧姆接触。在蓝宝石衬底上成功生长高温AlN模板层与获得高质量p型GaN材料与欧姆接触的基础上,成功制作了GaN基背照式p-i-n日光盲探测器。对电学特性与光谱响应的测试表明,该探测器实现了真正的日盲区探测。在反向偏压1.5伏的工作状态下,275nm处达到了0.0864 A/W的峰值响应度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 GaN 基紫外探测器的应用背景
• 1.2 GaN 基紫外探测器的研究进展
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 GaN 基 p-i-n 型紫外探测器
• 2.1 p-i-n 型探测器工作原理
• 2.1.1 量子效率与光谱响应
• 2.2 GaN 基 p-i-n 型日光盲探测器
• 2.3 GaN 基背照式 p-i-n 结构日光盲探测器
• 2.4 本章小结
• 第三章 GaN 基紫外探测器外延结构的MOCVD 生长
• xGa_1-xN/GaN 简介'>3.1 MOCVD 外延生长 Al_xGa_1-xN/GaN 简介
• 3.2 蓝宝石衬底上直接生长 AlN 模板层的研究
• 3.2.1 高温AlN 模板层实验过程
• 3.2.2 测试结果与讨论
• xGa_1-xN 材料的生长'>3.3 高温 AlN 模板上高 Al 组分 Al_xGa_1-xN 材料的生长
• 3.4 本章小结
• 第四章 P 型GaN 的掺杂及欧姆接触研究
• 4.1 GaN 材料的 p 型掺杂
• 4.1.1 GaN 的p 型掺杂概要
• 4.1.2 GaN 的p 型掺杂实验过程
• 4.1.3 测试结果与讨论
• 4.2 p-GaN 的欧姆接触
• 4.2.1 欧姆比接触电阻的测试方法—圆形传输线模型（C-TLM）
• 4.2.2 Ni/Au 与p-GaN 欧姆接触特性研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 GaN 基背照式 p-i-n 探测器的制作及测试结果
• 5.1 GaN 基背照式 p-i-n 探测器的制作
• 5.2 测试结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果