背照式InGaN紫外探测器的制备与数值模拟

发布时间：2019-11-15 14:22

【摘要】：研究了背照式InGaN p-i-n结构的紫外探测器的制备与数值模拟。通过低压金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长p-GaN/i-InGaN/n-GaN外延片,采用标准的Ⅲ-Ⅴ族器件制备工艺,成功制备出p-i-n结构的InGaN紫外探测器。探测器台面半径为30μm,在-5V偏压下暗电流为-6.47×10~(-12) A,对应的电流密度为2.29×10~(-7) A/cm~2。该探测器响应波段为360~380nm,在371nm处达到峰值响应率为0.21A/W,对应的外量子效率为70%,内量子效率为78.4%。零偏压下,优值因子R0A=5.66×10~7Ω·cm~2,对应的探测率D*=2.34×10~(13) cm·Hz~(1/2)·W~(-1)。同时,利用Silvaco TCAD软件进行数值模拟,响应率曲线仿真值与实验值拟合较好。
【图文】：

ａＮ缓冲层［１０］；再生长约２．０μｍ厚的Ｓｉ掺杂的ｎ－ＧａＮ窗口层，其掺杂浓度约为２×１０１８ｃｍ－３；然后生长约２２０ｎｍ厚的非故意掺杂ｉ－Ｉｎ０．０３３Ｇａ０．９６７Ｎ本征层，其电子浓度为１×１０１６ｃｍ－３；接着生长约１５０ｎｍ厚的Ｍｇ掺杂的ｐ－ＧａＮ层，其掺杂浓度为２×１０１７ｃｍ－３；最后生长２０ｎｍ厚的ｐ＋－ＧａＮ帽层，掺杂浓度约为５×１０１７ｃｍ－３。其结构示意图如图１所示。图１背照式ＩｎＧａＮ紫外探测器结构示意图外延生长好的外延片依次经过氯仿－乙醚－丙酮－ＭＯＳ级酒精，去除表面的各种有机污染物。清洗后的外延片在酒精基盐酸中浸泡８ｍｉｎ，用去离子水冲洗，高纯氮气吹干，迅速放入等离子清洗机中清洗，以去除表面氧化物，有利于ｐ－ＧａＮ欧姆接触的制作［１１］。器件的制备采用标准的Ⅲ－Ⅴ族单元器件流片工艺，，包括光刻、ＩＣＰ台面刻蚀、电极生长及退火、钝化以及加厚等工艺步骤。首先，在外延片上采用离子束蒸镀法生长一层Ｎｉ／Ａｕ（２０ｎｍ／２０ｎｍ）的ｐ电极，再在ＲＴＰ５００快速退火炉中采用５５０℃快速退火１ｍｉｎ。台面刻蚀采用Ｃｌ２、Ａｒ和ＢＣｌ３的ＩＣＰ干法刻蚀台面，台面半径为３０μｍ。刻蚀后，迅速采用ＰＥＣＶＤ沉积５００ｎｍ厚的ＳｉＯ２钝化膜。然后采用电子束蒸发生长一层Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（３０ｎｍ／３０ｎｍ／５０ｎｍ／５０ｎｍ）ｎ电极，采用７５０℃退火３０ｓ形成良好

ＣＰ干法刻蚀台面，台面半径为３０μｍ。刻蚀后，迅速采用ＰＥＣＶＤ沉积５００ｎｍ厚的ＳｉＯ２钝化膜。然后采用电子束蒸发生长一层Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（３０ｎｍ／３０ｎｍ／５０ｎｍ／５０ｎｍ）ｎ电极，采用７５０℃退火３０ｓ形成良好的欧姆接触。最后，在ｐ、ｎ电极上生长一层Ｃｒ／Ａｕ作为加厚电极。在金相显微镜下的ＩｎＧａＮ单元器件，如图２所示。中心圆为ｐ电极，上方为加厚电极，下方长条为公共加厚ｎ电极，外圈圆为台面。图２ＩｎＧａＮ紫外探测器的金相显微图片２器件的测试和仿真器件采用金丝压焊法将ｐ、ｎ电极引出，焊接在背照式常温杜瓦瓶中进行光电学性能测试。首先，采用计算机控制的ＫＥＩＴＨＬＥＹ－２３６电流－电压源测试器件的Ｉ－Ｖ特性曲线，测试时，杜瓦瓶放在金属屏蔽箱内，减少外界对测试过程中的干扰。响应光谱测试时采用氙灯为光源，氙灯出射光经计算机控制的单色仪分光后照射到器件上，器件再将光信号转化为电流信号，电流信号经过ＳＲ５７０电流／电压放大器放大后，由数字万用表读出并转移到计算机接口处理。测试数据用标准Ｓｉ单元器件对响应光谱进行标定。器件的零偏压电阻Ｒ０为对测试的Ｉ－Ｖ特性曲线，经过数值积分后取零电压附近５个数据点的平·４９９·《半导体光电》２０１７年８月第３８卷第４期黄波等：背照式ＩｎＧａＮ紫外探测器的制备与数值模拟逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦逦

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