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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
  • xGa1-xN/GaN 简介'>3.1 MOCVD 外延生长 AlxGa1-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
  • xGa1-xN 材料的生长'>3.3 高温 AlN 模板上高 Al 组分 AlxGa1-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

    • 相关论文文献

    本文来源: https://www.lw50.cn/article/e28a48e11f140c175a94406f.html