背照射MIS结构AlGaN日盲紫外光电探测器材料生长与光电特性研究
发布时间：2021-11-09 13:30
随着科技的发展,紫外探测技术被广泛地应用于军事和民用领域。AlGaN日盲紫外探测器具有全固态、本征截止、工作电压小、物理化学性质稳定等优点。而且,AlGaN材料具有直接宽带隙,带隙宽度从3.4-6.2 eV连续可调,覆盖了日盲紫外波段,是制作日盲紫外探测器的理想材料。在传统的研究中,AlGaN日盲紫外探测器多采用PIN结构,虽然其暗电流低、响应速度快,适合制备与Si基读出电路混合集成的焦平面阵列。但是,由于PIN结构中,高Al组分的AlGaN材料不仅p型掺杂困难,而且掺入的受主镁原子的激活能很高,难于获得高性能p-AlGaN材料;在异质外延生长时,由于外延材料与衬底间的晶格常数和热膨胀系数差异,导致晶格失配和热失配较严重;此外,金属电极很难在p型AlGaN材料上形成良好的欧姆接触,不利于光生载流子的输运和提取等缺点。这些因素都是严重制约着其发展的根源。尽管p-GaN材料可以克服p-AlGaN材料电学性能差的缺点,并解决光生载流子的输运难问题,但是p-GaN材料在近紫外区有响应,这不符合日盲紫外探测器的要求。所以,我们提出采用背照射MIS结构制作AlGa N日盲紫外探测器,其不仅具有与P...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
InAlGaN材料的晶格常数与禁带宽度、吸收光波长之间的关系
2.1 MOCVD 外延技术简介MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)称为金属有机化学气相沉积技术，用于半导体材料的外延生长。其优点为可有效控制生长过程、高的外延生长速率、外延薄膜均匀性良好、结晶质量高。MOCVD 生长外延材料是一种非平衡生长技术，它依赖于源气体传输过程和随后的Ⅲ族氢化物和Ⅴ族氢化物的热裂解反应。其组分和生长速率均由精确控制的源流量和各种不同成分的气流所控制。采用 MOCVD 技术生长 AlGaN 外延材料时，分别采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)和氨气(NH3)作为 Ga 源、Al 源和 N 源。氢气(H2)作为载气，硅烷(SiH4)作为 n 型杂质掺杂，镁(Mg)作为 p 型杂质掺杂。外延材料生长过程为：首先载气携带 MO 源和氢化物进入到外延生长区域，扩散到衬底表面，被衬底吸附；然后，被吸附的分子在衬底表面发生气相反应，进行外延生长；没有参与反应的源和反应副产物在衬底表面解吸附，扩散到气流中，排出反应室，生长过程如图 2.1 所示。
第 2 章 MOCVD 外延技术与表征测试方法通过材料晶格对 X 射线的衍射，来分析材料的组分、厚度、晶格常数、应变、晶格缺陷以及利用 XRD 的倒易空间扫描方式来测试材料中的应力状态。此种研究方法对材料无损伤，属于无破坏性检测，并且分析结果直观，测试精度高，被广泛的应用于光电子材料研究领域。其结构如图 2.2 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhancement of blue InGaN light-emitting diodes by using AlGaN increased composition-graded barriers[J]. 雷严,刘志强,何苗,伊晓燕,王军喜,李晋闽,郑树文,李述体. Journal of Semiconductors. 2015(05)
[2]AlGaN metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors on sapphire substrate with a low-temperature AlN buffer layer[J]. 张军琴,杨银堂,贾护军. Chinese Optics Letters. 2013(10)
[3]Si衬底氮化物LED器件的研究进展[J]. 李国强,杨慧. 半导体光电. 2012(02)
[4]国产SiC衬底上利用AlN缓冲层生长高质量GaN外延薄膜[J]. 陈耀,王文新,黎艳,江洋,徐培强,马紫光,宋京,陈弘. 发光学报. 2011(09)
[5]采用低温缓冲层技术在Si衬底上生长高质量Ge薄膜[J]. 周志文,贺敬凯,李成,余金中. 光电子.激光. 2011(07)
[6]宽禁带半导体日盲紫外探测器研究进展[J]. 李长栋,韩慧伶. 光机电信息. 2009(04)
[7]宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望[J]. 张波,邓小川,张有润,李肇基. 中国电子科学研究院学报. 2009(02)
[8]AlxGa1-xN日盲紫外探测器及其焦平面阵列[J]. 赵文伯,赵红,叶嗣荣,黄烈云,唐遵烈,罗木昌,杨晓波,廖秀英,向勇军,邹泽亚. 半导体光电. 2009(01)
[9]Development of solar-blind AlGaN 128x128 Ultraviolet Focal Plane Arrays[J]. YUAN YongGang1, ZHANG Yan1, CHU KaiHui1, LI XiangYang1, ZHAO DeGang2 & YANG Hui2 1 State Key Laboratories of Transducer Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China; 2 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2008(06)
[10]宽禁带半导体器件的发展[J]. 毕克允,李松法. 中国电子科学研究院学报. 2006(01)
博士论文
[1]GaN基Ⅲ族氮化物外延生长及相关器件的研究[D]. 张恒.山东大学 2017
[2]基于极化电场调控AlGaN基紫外探测器的研究[D]. 陈海峰.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[3]Ⅲ族氮化物半导体可见光盲及日盲紫外探测器研究[D]. 谢峰.南京大学 2012
硕士论文
[1]氮化镓基MIS结构紫外探测器研究[D]. 尤坤.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
本文编号：3485442
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
InAlGaN材料的晶格常数与禁带宽度、吸收光波长之间的关系
2.1 MOCVD 外延技术简介MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)称为金属有机化学气相沉积技术，用于半导体材料的外延生长。其优点为可有效控制生长过程、高的外延生长速率、外延薄膜均匀性良好、结晶质量高。MOCVD 生长外延材料是一种非平衡生长技术，它依赖于源气体传输过程和随后的Ⅲ族氢化物和Ⅴ族氢化物的热裂解反应。其组分和生长速率均由精确控制的源流量和各种不同成分的气流所控制。采用 MOCVD 技术生长 AlGaN 外延材料时，分别采用三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)和氨气(NH3)作为 Ga 源、Al 源和 N 源。氢气(H2)作为载气，硅烷(SiH4)作为 n 型杂质掺杂，镁(Mg)作为 p 型杂质掺杂。外延材料生长过程为：首先载气携带 MO 源和氢化物进入到外延生长区域，扩散到衬底表面，被衬底吸附；然后，被吸附的分子在衬底表面发生气相反应，进行外延生长；没有参与反应的源和反应副产物在衬底表面解吸附，扩散到气流中，排出反应室，生长过程如图 2.1 所示。
第 2 章 MOCVD 外延技术与表征测试方法通过材料晶格对 X 射线的衍射，来分析材料的组分、厚度、晶格常数、应变、晶格缺陷以及利用 XRD 的倒易空间扫描方式来测试材料中的应力状态。此种研究方法对材料无损伤，属于无破坏性检测，并且分析结果直观，测试精度高，被广泛的应用于光电子材料研究领域。其结构如图 2.2 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Enhancement of blue InGaN light-emitting diodes by using AlGaN increased composition-graded barriers[J]. 雷严,刘志强,何苗,伊晓燕,王军喜,李晋闽,郑树文,李述体. Journal of Semiconductors. 2015(05)
[2]AlGaN metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors on sapphire substrate with a low-temperature AlN buffer layer[J]. 张军琴,杨银堂,贾护军. Chinese Optics Letters. 2013(10)
[3]Si衬底氮化物LED器件的研究进展[J]. 李国强,杨慧. 半导体光电. 2012(02)
[4]国产SiC衬底上利用AlN缓冲层生长高质量GaN外延薄膜[J]. 陈耀,王文新,黎艳,江洋,徐培强,马紫光,宋京,陈弘. 发光学报. 2011(09)
[5]采用低温缓冲层技术在Si衬底上生长高质量Ge薄膜[J]. 周志文,贺敬凯,李成,余金中. 光电子.激光. 2011(07)
[6]宽禁带半导体日盲紫外探测器研究进展[J]. 李长栋,韩慧伶. 光机电信息. 2009(04)
[7]宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望[J]. 张波,邓小川,张有润,李肇基. 中国电子科学研究院学报. 2009(02)
[8]AlxGa1-xN日盲紫外探测器及其焦平面阵列[J]. 赵文伯,赵红,叶嗣荣,黄烈云,唐遵烈,罗木昌,杨晓波,廖秀英,向勇军,邹泽亚. 半导体光电. 2009(01)
[9]Development of solar-blind AlGaN 128x128 Ultraviolet Focal Plane Arrays[J]. YUAN YongGang1, ZHANG Yan1, CHU KaiHui1, LI XiangYang1, ZHAO DeGang2 & YANG Hui2 1 State Key Laboratories of Transducer Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China; 2 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2008(06)
[10]宽禁带半导体器件的发展[J]. 毕克允,李松法. 中国电子科学研究院学报. 2006(01)
博士论文
[1]GaN基Ⅲ族氮化物外延生长及相关器件的研究[D]. 张恒.山东大学 2017
[2]基于极化电场调控AlGaN基紫外探测器的研究[D]. 陈海峰.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[3]Ⅲ族氮化物半导体可见光盲及日盲紫外探测器研究[D]. 谢峰.南京大学 2012
硕士论文
[1]氮化镓基MIS结构紫外探测器研究[D]. 尤坤.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
本文编号：3485442
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