基于极化电场调控AlGaN基紫外探测器的研究
本文关键词：基于极化电场调控AlGaN基紫外探测器的研究 出处：《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》2017年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：AlGaN基材料不仅具有稳定的物理和化学特性,而且随着Al组分的变化,其禁带宽度从3.4-6.2 e V连续可调,对应波长覆盖了200-365 nm的范围,是制备高灵敏度紫外探测器的理想材料。此外,AlGaN基紫外探测器作为全固态器件,既可以工作在复杂苛刻的环境,同时也具有耗能低、体积小、便于集成和无需滤波系统等优点,因此,AlGaN基紫外探测器在航空、民用和国防等领域有着重要的应用前景。通常为了有效的裁剪响应波段和提高量子效率,在AlGaN基紫外探测器中引入异质结构来实现。由于异质界面极化的不连续性导致极化电场的出现。极化电场是一柄双刃剑,在器件结构设计时利用其有利的一面,削弱其不利的一面,将有助于器件性能的提高和改善。本文根据AlGaN基材料异质界面的极化特性,从调控极化电场的角度,围绕提高AlGaN基紫外探测的响应度和降低暗电流而展开研究,主要研究成果如下:1、提出通过引入Al组分渐变的n-AlGaN层来调控极化电场的方法,实现降低探测器暗电流的目的。通过对比两个不同极化电荷面密度的异质结pin-AlGaN基紫外探测器的光电特性特性,发现随着极化电荷面密度的增加会导致探测器的暗电流升高而响应度降低,从而揭示了异质界面极化电荷产生的极化电场将对探测器的光电特性产生负面影响。在此基础上,提出在pin-AlGaN基紫外探测器的异质界面引入Al组分渐变的n-AlGaN层来调控极化电场的方法,有效降低了极化电场对探测器暗电流的影响,同时探测器的响应度也有所提高。2、利用极化电场提高了肖特基AlGaN基紫外探测器的性能。通过在肖特基接触界面引入低Al组分插入层的方法,在肖特基结构中引入极化电场,首次在零偏下实现量子效率超过50%。利用极化电场方向与肖特基结耗尽区内建电场方向相同,增强了耗尽区的有效电场强度,提高了光生电子-空穴的分离速率;同时,极化电场也增加了肖特基势垒高度,改善了探测器的整流特性。3、优化器件结构抑制极化电场,首次在实验上获得Al0.4Ga0.6N材料中空穴引起碰撞离化所需要的平均能量。通过研究不同倍增层厚度的同质结分离吸收倍增结构的Al0.4Ga0.6N雪崩紫外光电探测器中量子效率随反向偏压的变化,并在碰撞离化过程中考虑能量守恒定律,首次通过实验的方法得到了Al0.4Ga0.6N材料中空穴引起碰撞离化需要的平均阈值能量。该研究结果为进一步优化AlGaN基雪崩紫外探测器的结构设计奠定基础。
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN23
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，本文编号：1334823
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