GaN基紫外探測器研究.pdf

1、紫外探測有許多的應用領域，如火焰探測，導彈羽煙追蹤，天際紫外通信等。AlGaN是直接帶隙半導體，其禁帶寬度在3.4eV至6.2eV間可調(diào)，對應吸收波長為365nm至200nm，覆蓋了整個日盲波段，是制作紫外探測器的優(yōu)良材料。本文從AlGaN基紫外探測器的結構設計，外延材料生長，器件制備及測試分析等方面展開了研究。
　　為了實現(xiàn)真正的日盲探測，本征吸收區(qū)AlGaN材料的Al組分應大于0.46，其厚度為300nm可以獲得較高的光吸收量

2、子效率和較快的響應時間。在此基礎上，設計了PIN和MSM兩種類型的紫外探測器材料結構。
　　為了在藍寶石襯底上外延高Al組分的AlGaN材料，本文采用低溫/高溫AlN生長法，獲得了較高質(zhì)量的AlN模板層，其X射線ω（002）衍射半寬為74弧秒，表面粗糙度為0.33nm。其后，通過優(yōu)化外延時的生長壓力，溫度，Ⅴ/Ⅲ比等工藝條件，改善了高Al組分AlGaN層的晶體質(zhì)量，Al0.46GaN材料X射線ω（002）衍射半寬為223弧秒，ω（

3、102）衍射半寬為783弧秒，表面較為光滑，在278nm處有陡峭的吸收截止邊。同時試驗發(fā)現(xiàn)，P型GaN優(yōu)化的退火溫度為750度，空穴濃度為3.1×1017cm-3。
　　在PIN器件制備中，以ICP二次刻蝕法獲得了平滑的AlGaN刻蝕表面，優(yōu)化了N型AlGaN和P型GaN歐姆接觸的表面處理及退火工藝，試驗得到的N型和P型比接觸電阻率均達到10-4Ωcm2量級。在MSM器件工藝中，以退火工藝減小了器件的漏電流。器件制備完成后，進行了

4、I-V及光譜響應特性測試。其中，對于PIN型探測器，在本征層Al組分分別為0.46和0.5時，器件截止波長分別為280nm和272nm，峰值響應度分別為272nm處0.125A/W以及262nm處0.121A/W，外量子效率均達到57％，歸一化后的峰值探測率在5×1013cmHz1/2W-1量級。對于MSM紫外探測器，其表面吸收層Al組分為0.35，截止波長為304nm，峰值波長位于290nm處，并在測試中觀察了光增益現(xiàn)象，分析認為這主