GaN基pin型紫外探测器的研究

GaN基pin型紫外探测器的研究

姓名：徐立国申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学

指导教师：吕长志

20050501

摘要摘要ＡｌｘＧａｌ－ｘＮ合金半导体材料在许多领域有广泛的用途，其中很重要的是在紫外探测器领域的应用，如可以用在火焰和热传感器，导弹尾焰探测和卫星间通信等领域。改变Ａ１的组分可以调节ＡｌｘＧａｌ．ｘＮ的带隙宽度从３．４百ｖ到６．２ｅＶ，对应的波长范围从３６５ｎｍ蛰Ｊ２００ｎｍ，覆盖了光谱中重要的紫外区。半导体光电探铡器主要分成两类，光电导型和光伏型。光电导型原理是由于光生载流子造成电导率的变化，光伏型原理是耗尽区的电场使光生载流子产生定向运动形成电流。常见的光伏型探测器是ｐｎ结和ｐｉｎ型光电二极管，另一类型是肖特基型光电二极管，其耗尽区是肖特基原理形成。与光伏型相比，光电导型探测器有两个主要优点：具有内增益和制作简单。然而，光电导型探测器要求加偏置，暗电流大，而且速度慢。肖特基型光探测器被认为是速度最快的探测器，但是它的势垒较低，漏电流比ｐｉｎ型大。由于耗尽区窄，而且ＧａＮ材料中耗尽区外产生的载流子扩散长度短，肖特基型光探测器量子效率较低。所以本文选择了ｐｉｎ型光探测器的研究，加入ｉ层是为了扩展耗尽区的宽度，增加对光的吸收。本文用ＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｙ）方法在蓝宝石衬底Ｃ面上生长Ｔｐｉｎ型紫外探测器。ＧａＮ同质结ｐｉｎ型紫外探测器结构生长顺序如下：（１）蓝宝石衬底的Ｃ面上生长一薄层ＡｌＮ缓冲层；（２）重掺杂的ｎ型Ｃ＿ｍＮ层３１０１８９１Ｔ１．＇３；（３）ＧａＮｉ，层ｌｕｕｍ，Ｓｉ掺杂浓度为５×ｍ；（４）Ｏ．２ｕｍ的ｐ型Ｇ８Ｎ，Ｍｇ掺杂浓度为ｌ×１０１７ｃｍ．３；（５）厚度为ｌｏｏＡ的ＡＩＧａＮ钝化层。ｎ型欧姆接触为Ｔｉ，＾ｌＮｉ，Ａｕｆ３００～１５００～５００幻５００Ａ），合金温度８５００Ｃ，持续３０秒。ｐ型欧姆接触为Ｎｉ／Ａｕ（３００Ａ／２０００Ａ），在氮气气氛中６６００Ｃ保持９０秒退火形成。本文测试了ｐｉｎ型紫外探测器的正反向电流．电压特性和紫外光谱响应曲线。建立了高温测试系统，测试了器件不同温度下的电流．电压（Ｉ．ｖ）和电容．电压（Ｃ－Ｖ）特性。从Ｉ．Ｖ中提取理想因子在１．２￣３．４之间变化，理想因子Ｉ㈣随温度Ｔ变化，呈线性减小，比例常数为０．００４。饱和电流Ｉ（Ｔ）和温度Ｔ呈指数变化规律，指数因子为ｅ（－２６０２ｒｆ）。室温１／Ｃ３－Ｖ曲线呈线性，说明结为线性缓变结，由北京工业大学工学硕士学位论文此推出器件的浓度梯度为１．９８Ｅ＋２２ｃｍ＂４和２．２５Ｅ＋２２ｅｍ＂４，内建电势差为３．８５Ｖ和３．７６Ｖ。关键词：氮化镓；探测器；理想因子；饱和电流ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙａｒｅａｓｏｆｐｏｔｅｎｔｉａｌｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｌｏｙＡ１ｘＧａｌ＿ｘＮ，ｎｏｔｔｈｅｌｅａｓｔｏｆｗｈｉｃｈａｒｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｄｅｔｅｃｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｓｅｉｎｃｌｕｄｅｆｌａｍｅａｎｄｈｅａｔＳＣｌｌＳＯｒｓ，ｍｉｓｓｉｌｅｐｌｕｍｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｅｃｕｒｅ－ｆｒｏｍ－ｅａｒｔｈｉｎｔｅｒ－ｓａｔｅｌｌｉｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．ＴｈｅＡｌｘＧａｌ．ｘＮｂａｎｄｇａｐｔｏａｇａｓｂｅｔａｉｌｏｒｅｄｆｒｏｍ３．４ｅＶ（ｘＡｌ＝Ｏ）ｔ０６．２ｅＶ（ｘ／ｄ５１），ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｂａｎｄ－ｅｄｇｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒａｎｇｅｏｆ３６５ｎｍｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｓｔｘ鹭Ｕａｌｒａｎｇｅ．ａｒｃ２００ｎｍ，ｃｏｖｅｒｉｎｇｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔＴｈｅｍｔｗｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｎｃａｔｅｇｏｒｉｅｓｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ—ｔｏｐｈｏｔｏｎ‘ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ，ｆｏｒｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｄｕｅｃａｎｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｒｒｉｅｒｓ，ａｎｄｐｈｍｏｖｏｌｍｉｃ，ｆｏｒｗｈｉｃｈｐｈｏｔｏｎ－ｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｒｒｉｅｒｓｔｏｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｅｒａ＇ｒｅｎｔｖｉａａｃｈａｒｇｅ－ｓｅｐａｒａｔｉｎｇｊｕｎｃｔｉｏｎ亿ｄｅｐｌｅｔｉｏｎｏｒｍｏｏｎ）．Ｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｔｙｐｅｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｄｅｔｅｃｔｏｒｉｓｔｈｅｐ－ｎｐ－ｉ－ｎｊｕｎｃｔｉｏｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ．ＡｎｏｔｈｅｒｃｏｍｍｏｎａｔｙｐｅｉｓｔｈｅＳｃｈｏｔｔｋｙｂａｒｒｉｅｒ（ＳＢ）ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎｉｓｄｕｅｔｏｔｏｐ－ｏｒｎ－ｔｙｐｅＳｃｈｏｔｔｌｏ／ｃｏｎｔａｃｔｂｕｌｋｍａｔｅｒｉａｌ．Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｈａｖｅｔｗｏｍａｊｏｒａｄｖａｎｔａｇｅｓ－ｉｎｔｅｒｎａｌｇａｉｎ，ａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙＯＶｅｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｄｅｖｉｃｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒｔｈｅｙｒｅｑｕｉｒｅｂｉａｓｉｎｇ，ｅｘｈｉｂｉｔｈｉｇｈｄａｒｋ，ｏｒｌｅａｋａｇｅ，ｃｕｎｅｎｔｓ，ａｎｄｆｕｒｔｈＬｑ＇ｍｏｒｅａｒｃｖｅｒｙｓｌｏｗｗｈｅｎｆａｂｒｉｃａｔｅｄｕｓｉｎｇＧａＮ－ｂａｓｅｄ；ａａｔｅｒｉａｌ．Ｓｃｈｏｔｔｋｙｂａｒｒｉｅｒｄｉｏｄｅｓａｒｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｌｙｔｈｅｆａｓｔｅｓｔｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｂｕｔｓｕｆｆｅｒｆｒｏｍＷ０１＂∞ｌｅａｋａｇｅｔｈａｎＰ－ｉ－ｎｄｉｏｄｅｓｄｕｅｔｏｔｈｅｓｍａｌｌｂａｒｒｉｅｒｈｅｉｇｈｔ，ａｎｄａｌｓｏｆｒｏｍｌｏｗｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｄｕｅｔｏｔｈｅｎａｒｒｏｗｄｅｐｌｅｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｒｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐ－ｉ－ｎｄｉｏｄｅｓｈｉｇｈ·ｆｉｅｌｄｌｅｎｇｔｈｓｉｎＧａＮｆｏｒＣａｉＴｉｆｆｓｇｅｎｅｍｔｅｄｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｕｓ（ｗｉｔｈｔｈｅｉｒｅｇｉｏｎｉｎｓｅｒｔｅｄｔｏｅｘｔｅｎｄｔｈｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｕｓｔｈｅａｂｓｏｒｂｉｎｇｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒ）ａｒｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｓｏｆｃｈｏｉｃｅｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ．ｏｎＴｈｉｓｐａｐｅｒｇｒｅｗｔｈｅｐ－ｉ－ｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｂｅａｍｃ－ｐｌａｎｅｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｌａｙｅｒｓｉｎ１－ｔｅｐｉｔａｘｙ．ＴｈｅＧａＮｈｏｍｏｊｕｎｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｇｒｏｗｔｈｏｒｄｅｒ：（１）ａｔｈｉｎｄｏｐｉｎｇＡＮｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒ；（２）ａ１ｕ３ｍＳｉ－ｄｏｐｅｄＧａＮｎｌａｙｅｒｗｉｔｈＳｉｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ～５×１０１８ｃｍ。３；（３）ａａｍＧａＮｉｌａｙｅｒ；（４）ａ０．２ｌ工ｍＭｇ－ｄｏｐｅｄＧａＮＰｌａｙｅｒｗｉｔｈＭｇｃｏｎｃｅｎＷａｔｉｏｎｏｆ一１０１７ｃｍ。３；（５）ａｌＯＯＡＡ１ＧａＮｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ．ｍ－北京工业大学工学硕士学位论文ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｎ－ｔｙｐｅｃｏｎｔａｃｔｗａｓｍａｄｅｂｙｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇＴｉ／Ａ１／Ｎｉ／Ａｕ（３００Ａ／１５００ＡＪ５００Ａ／ｕｓｉｎｇａ５００Ａ）ｍｕｌｔｉｐｌａｙｅｒｓａｎｄａｌｌｏｙｉｎｇａｔ８５００Ｃｆｏｒ３０ｃｏｎｔａｃｔｓｔｏｓｒａｐｉｄｔｈｅｒｍａｌａｎｎｅａｌｉｎｇｆｕｒｎａｃｅ．Ｎｉ／Ａｕ（３００Ａ／２０００Ａ）ｒｍｇａｎｎｅａｌｅｄｉｎａｔｈｅｔｏｐＰｌａｙｅｒＷｅｒｅｔｈｅｎｄｅｐｏｓｉｔｅｄａｎｄｍｂｅｆＢｌ＇ｔｌＯ．Ｃｅａｔ６６００Ｃｆｏｒ９０ｓｉｎｎｉｔｒｏｇｅｎ．ｒｅｖｅｒｓｅＴｈｉｓｐａｐｅｒｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｏｒｗａｒｄａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅａ（Ｉ－Ｖ），ａｎｄｔｉｌｅｃｕｒｖｅｏｆｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙｏｆｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｅｔｕｐｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ·ｖｏｌｔａｇｅ（Ｃ－Ｖ）ａｔｆｒｏｍ１．２－３．４，ｅｘｔｒａｃｔｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．ＴｈｅｉｄｅａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｓＩ－Ｖｄａｔａ，ｄｅｃｒｅａｓｅｄｎ０３，ｖａｌｕｅｌｉｎｅａｒｆｒｏｍｗｉｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｏｎｃｏｎｓｔａｎｔ０．００４．Ｔｈｅｓａｔｕｒａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｓｈｏｗｅｄ８２１ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｉｔｈｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｆａｃｔｏｒｅ（．２６㈣．ＴｈｅＣ－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｓｌｉｎｅａｒｈａｓａｐｌｏｔｔｅｄｉｎ１／Ｃ’－Ｖｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ．Ｔｈｉｓｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｐ＿ｉ＿ｎｊｕｎｃｔｉｏｎｌｉｎｅａｒｉｍｐｕｒｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．ＴｈｅｉｍｐｕｒｉｔｙｇｒａｄｉｅｎｔｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｆｒｏｍＣ－Ｖｄａｔａｔｏｂｅ１．９８Ｅ＋２２ｃｎｒ４．２．２５Ｅ＋２２ｅｍ。４ａｎｄｂｕｉｌｔ－ｉｎｖｏｌｔａｇｅＷｅｌ＇ｅ３．８５Ｖ，３．７６ＶｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍＣ．Ｖｄａｔａ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＧａＮ，ｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｉｄｅａｌｉｔｙｆａｅｔｏｒ，ｓａｔｕｒａｌｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔ．Ⅳ．独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：缝童因日期：三以．。∥．。关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：：ｉ象童匡ｌ导师签名：垃盏苎日期：２堕么！石／第１章绪论１．１课题背景ＧａＮ基紫外探测器的应用背景在电磁辐射波谱中，紫外线辐射的波长范围为１０～４００ｎｍｔ”。在各种紫外光源中，太阳是至今紫外辐射最强的光源。由于高空大气热流层中的氧原子强烈地吸收２００ｒｉｍ以下的紫外辐射，因此，只有大气层以外的太空中存在这一谱区的紫外辐射。地球对流层上部大气平流层中的臭氧对３００ｎｍ以下的紫外辐射具有强烈吸收作用，所以太阳辐射的紫外光只有３００～４００ｎｍ谱区能透过大气层到达地面，这一谱区称为大气紫外窗口。图１．１【２】是大气紫外线窗口示意图。１．１．１ｌ５ｉ３■蕻善酶波长（ｒｕｕ）图１－１地球大气层顶部和底部的太阳紫外辐射剂量Ｆｉｇ．１－１ＳｏｌａｒＵＶｔｒｒａｄｉａｎｃｅａｔｔｈｅｔｏｐａｎｄｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｅａｒｔｈ’ｓａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ对紫外辐射的探测研究具有重要的应用价值和广阔的应用前景，因此，世界各国把紫外探测技术列为当今研究开发的重要课题。紫外线军用方面的用途有紫外线制导、紫外线告警、紫外线通讯、紫外线干扰等，民用方面可用于紫外天文学、燃烧工程、水净化处理、火焰探测、生物效应、天际通信及环境污染监视等。人类对太空的进一步探索和其他科学研究迫切需要新一代的紫外探测器ｆ３】。紫外探测技术的关键是研制高灵敏度、低噪声的紫外探测器。目前，已投入商业和军事应用的紫外探测器，主要有紫外真空二极管、紫外光电倍增管、成像型紫外变像管、紫外增强器、紫外摄像管和固体繁外探铡器等，其中常用北京工业大学工学碗士学位论文的是光电倍增管和硅基紫外光电二极管。硅基紫外光电管需要附带滤光片，光电倍增管需要在高电压下工作，而且体积大、效率低、易损坏且成本较高，对于实际应用有一定的局限性。因此，人们开始关注宽带隙半导体固体紫外探测器。在过去十年中，为了避免使用昂贵的滤光器，实现紫外探测器在太阳盲区下工作，ＳｉＣ（＆＝２．９ｅＶ）、金刚石薄膜（Ｅｇ＝５．４ｅＶ）和ＧａＮ基（Ｅｇ＝３．４ｅＶ）等宽带隙半导体紫外探测器，引起世界各国重视。例如ＣｄＳ探测器和ＺｎＳｅ探测器为近紫外探测器，探测波长小于４５０ｎｍ，而ＡＩ。Ｇａｌ．ｘＮ材料的带隙可调来适应不同的吸收波长。因此ＩＩＩ族氮化物ＧａＮ基半导体紫外探测器成为最具吸引力的研究课题之一。美国国防高级研究计划局从１９９８年开始研制采用ＩＩＩ族氮化物光电材料，工作在Ｏ，２５～Ｏ．３微米波段的固态焦平面阵列，以开发可工作在更高温度下、更高效和更可靠的紫外探测器。ＧａＮ属直接带隙半导体材料，其物理、化学性质稳定，室温禁带宽度为３．４ｅＶ。ＧａＮ基三元合金ＡＩ。Ｇａｌ。Ｎ，随灿组分的变化带隙在３。４～６．２ｅＶ之间连续变化，带隙变化对应的波长范围为２００～３６５ｎｍ，覆盖了地球上大气臭氧层吸收光谱区（２３０～２８０ｎｍ），是制作太阳盲区紫外探测器的理想材料之一【“。１９９９年美国空军公布一项调查报告，定义光盲区的紫外线截止波长为２８０ｎｍｔ扪。１．１．２ＧａＮ基紫外探测器的研究进展具有里程碑意义的工作是由Ａｋａｓａｋｉ小组奠基的，１９８６年该小组Ａｒｎａｎｏ等人首次发现采用低温生长的Ａ１Ｎ缓冲层，可大大提高ＧａＮ外延膜的质量【６１。１９８９年Ａｋａｓａｋｉ等人首先通过低能电子束辐照（ＬＥＥＢＩ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｉｒｒａｄｉ—ａｔｉｏｎ），实现掺Ｍｇ的ＧａＮ样品表面Ｐ型化【７］。随后Ｎａｋａｍｕｒａ等人在１９９２年采用氮气气氛中热退火处理技术，更好更方便地实现了掺Ｍｇ的ＧａＮ样品的Ｐ型化，得到了高质量的Ｐ型ＧａＮ晶体【８】。１９９２年Ｍ．ＡｓｉｆＫｈａｎ等人首次用绝缘ＧａＮ材料研制出光电导型紫外探测器，５Ｖ偏压下，峰值响应度１０００Ａ／Ｗ，响应时问ｌｍｓＩ９１。１９９３年Ｍ．ＡｓｉｆＫｈａｎ等人用Ｐ型ＧａＮ薄膜研制出肖特基势垒光电二极管１１０１。１９９５年Ｍ．ＡｓｉｆＫｈａｎ和Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ小组同时报道了ｐｎ结型光电二极管㈦¨２１。第ｌ章绪论ＡＰＡ光学公司在１９９８年初推出了世界上第一个商品化的ＧａＮ基ｕｖ探测器系列，同传统的Ｓｉ探测器相比，ＧａＮ探测器在可见光范围内的工作要有效的多，而且可以在３００＂Ｃ的高温环境中工作。随后各种形式的ＧａＮ基紫外探测器相继问世。在过去的十年中，大致经历了三个阶段【¨１：初始阶段，主要由美国ＡＰＡ光学公司的科研人员探索利用Ｇａｂ［和Ａ１。Ｇａｌ．，Ｎ材料研制紫外探测器的可行性，所用的ＡＩ。Ｇａｌ．ｘＮ材料Ａｌ组分较低。第二阶段主要集中在研究高响应度的器件上及开发使用中等Ａｌ组分的Ａ１。Ｇａｌ。Ｎ材料，实现可见光盲区紫外探测器。现阶段主要研究用高Ａ１组分ＡＩ，Ｇａｌ．ｘＮ材料真正实现太阳盲区紫外探测器和开发ＧａＮ基紫外二维成像阵列。经过近十年的努力，随着材料生长、掺杂、欧姆接触及制作工艺等相关技术进一步提高，器件的性能得到较大改善。１．２课题研究意义半导体紫外探测器体积小，性能稳定，使用方便。利用现己成熟的硅或ＩＩＩ．ｖ族化合物半导体工艺技术，研制开发廉价，高效的宽带隙半导体紫外探测器，对于国防和国民经济建设都具有重要的现实意义。虽然硅基半导体紫外探测器技术比较成熟，但在太阳辐射背景下运行，需配置笨重的带状滤光器，且耐高温、耐腐蚀特性较差。随着宽带隙半导体ＧａＮ基紫外探测器的开发应用，将大大简化紫外光谱监测设备，且能在高温和恶劣环境下运行。地球上大气对波长３００ｎｍ以Ｔ的光是不透明的，利用这一光学窗口可以实现太阳盲区紫外探测。在过去几年中，ＧａＮ和Ａ１；Ｇａｌ．烈紫外探测器取得较大进展。但是．真正太阳盲区高速、高灵敏度、低噪声ＧａＮ基紫外探测器尚未实现。对探测波长在２８０ｎｍ以下的紫外辐射，尚需高质量、高Ａ壤１分的Ａ１：Ｇ３ｌ＇ｘＮ合金材料。对于ｐＤ结型系列，在高Ａｌ组分的Ａ１。Ｇａ卜ｘＮ合金材料中实现高掺杂将面临新的挑战。对ＧａＮ及其三元合金中电子空穴的电离系数尚不清楚，理论计算缺乏可靠的数据。ＧａＮ材料的完整能带结构和其中的深能级起源和特性等许多理论问题有待于进一步研究探索。尽管如此，ＧａＮ基紫外探测器已经展示出美好的前景，不久的将来，宽带隙半导体太阳盲区紫外探测器将在半导体工业中占据重要的位置，在军用民用紫外探测、预警、天际及地空通信和紫外弱光成像系统等领域将发挥重要的作用。北京工业大学工学硕士学位论文１．３本章小结本章介绍了ＧａＮ基材料的基本特性，说明了ＧａＮ基紫外探测器在紫外探测领域的重要性，回顾了ＧａＮ基紫外探测器的应用背景和发展史，阐述了课题的研究内容及意义。第２章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器２．１ｐｉｎ型探测器工作原理最早出现的光电二极管如图２－１所示，它实质上是一个反向偏置的ｐｎ结二极管。反向偏压的作用是加强内电场和加宽耗尽层，在耗尽区中的电场分布如图２。ｌ所示。在入射光的作用之下，在图中所示的吸收区内产生电子一空穴对，吸收区的宽度（或光的渗透深度）与给定波长下入射光强有关。在吸收区产生的电子和空穴在耗尽层内以高漂移速率分别向二极管的两个电极运动。但在耗尽层外因只有速度低的扩散运动，这势必影响对光信号的响应速度。因此，这种简单的口ｎ结光电二极管不适合于高频应用。图２．１∞结电场分布Ｆｉｇ．２·１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｉｅｌｄｏｆｐｎｊｕｎｃｔｉｏｎ为了提高响应速度，方法之一是加大反向偏压，加宽耗尽层，使耗尽区与吸收区尽量一致。然而，增大反向偏压是很有限的，最好的方法是减少Ｎ区的掺杂浓度，使该区几乎达到本征半导体的状况，这就是下面将要介绍的ｐｉｎ光电探测器。即在Ｐ区和Ｎ区之间以轻掺杂施主杂质形成近乎本征（Ｉ）区。图２，２表示了ｐｉｎ光探测器的原理结构和其内的电场分布。北京工业大学工学硕士学位论文电扬吸收区ｊ图２－２ｐｉｎ光探测器的原理结构和电场分布Ｆｉｇ．２－２Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｓｔｒｕｃｌｕｒｅａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｆｉｅｌｄｏｆｐｉｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｐｉｎ光探测器响应速度的主要因素有：①载流子横跨耗尽层的漂移时间；②载流子从非耗尽层区扩散所需时间；③对ｐ＇ｍ探测器本身的电容和其它寄生电容的充放电时间；④具有异质结结构的ｐｉｎ探测器在异质界面处存在的电荷积累。其中载流子的渡越时间的影响是主要的，它取决于本征区的宽度矽和载流子的漂移速度Ｖ。如果本征区太宽，光生载流子在该区的渡越时间ｔ，＝Ｗ／Ｖ较长而影响响应速度；如果本征区太窄，又会使光的吸收区超出本征区，而本征区以外的区域不能产生有用的光电流。载流子的漂移速度受本征区内电场控制。从渡越时间考虑，薄的本征层可获得高的响应速度。然而，随着本征层厚度的减少，探测器本身的电容Ｃ增加，因而影响响应速度的另一因素一时间常数ｒ＝ＲＣ将增加（Ｒ为欧姆接触电阻和外加负载电阻之和）。Ｃ可表示为Ｃ：—６０６—，Ａ∥ｆ２，１１式中‰＝８．８５ｘ１０“２Ｆｌｍ，‘为比例常数（对硅取占，＝１１．７），Ａ为结面积。合理选择ｓ，和形，可使结电容ｃ达到ｌｐＦ。而如果有良好的欧姆接触和选择适当的负载电阻，ＲＣ时间常数将不会成为响应速度的因素【１４】。下面详细介绍其性能参数【１５１。２．１．１量子效率及光谱晌应对于一个实际的光电二极管来说。入射光功率Ｐ中的一部分一在空气中与光电二极管的界面上被反射掉。同时在耗尽区内被吸收的光子数与耗尽区的宽度Ｗ以及随波长变化的光吸收系数铴（丑）有关。因此，假如忽略光在表面Ｐ区的吸收，则量子效率，７为：叩＝０－ｒ）（１一ｅｘｐ（一ｃ～∥））（２—２）为了提高珂，耗尽区必须足够宽以保证口。Ｗ》１。直接带隙半导体合金在光子能量超过禁带宽度时的吸收系数超过１０４ｃｍ～，因此只要有几个微米的耗尽区宽度∥，就可以吸收几乎全部的入射光。对大多数适合于制作光电二极管的半导体材料来说，由于空气（ｎａ＝１）与半导体（ｎ；＝３．５）之间折射率的突变，将导致在垂直入射情况下的费涅尔（Ｆｒｅｎｅｌ）反射系数ｒ＝０．３。在光电二极管表面沉积上一层适当的透明抗反射膜可以使这种反射几乎完全消除，否则费涅尔反射将使光电二极管的量子效率玎的最大值低于７０％左右。抗反射膜韵折射率应选取为ｎ。＝（ｎａｎ。）…，氮化硅的折射率ｎ介于ｔ．８～２．０之间，可以用作抗反射膜；其厚度必须相应于光在介质中波长的四分之～。光在耗尽区外的吸收将使器件的量子效率降低，因为在耗尽区外激发的载流子必须先扩散到耗尽区，才能对光电流有贡献。将Ｐ区或坩区制成对入射光透明，则可以消除光在全耗尽ｊ区外的吸收。这一点可以应用晶格匹配的半导体合金，将光电二极管设计为具有宽带隙材料的“窗口”层来实现。这一层宽带隙材料可以作为Ｐ区，也可以作为＂区。与载流子在自由表面的复合相比，载流子在这种品格匹配的异质结界面上的复合是可以忽略的。对于使用者来说，光电二极管的响应度比量子效率更为重要。前者是光电流』。。与入射光功率Ｐ之比值。响应度通过入射光子的能量与波长有关，它与量子效率的关系可以写成Ｒ＝，ｍ／Ｐ＝ｇ吁／ｈｖ（２－３）曼皇舅曼曼舅■—■■｜曼寰冀寰—皇置置——————■—辟囊皇曩—■——■——量融田墨—曩曩——■—量薯基置舅舅■懋ＩＩ其中ｈ为普朗克常数，ｖ是光子频率。当波长Ａ以微米为单位时，＾ｖ＝１．２４／，，１．（ｅＶｌ。因此，响应度的一个方便的表达式是，北京工业大学工学硕士学位论文ｌ兰Ｒ＝砸／１．２４（２－４）２．１．２瞬态响应光电二极管的响应速度依赖于电路的时间常数以及载流予从产生到收集的内部弛豫时间。电路时间常数也称为ＲＣ时间常数，是二极管负载电阻与光电二极管电容的乘积。对高速检测而畜，二极管的负载电阻常常是５０Ｑ。为获得最小的电容值，需要同时减小结电容、管壳电容及杂散电容。二极管的结电容简单地表示为Ｃ，＝６Ａ／Ｗ，其中ｓ是半导体的介电常数（对大多数化合物半导体而言，其典型值为占＊１３晶），而Ａ是结面积。减小结电容要求在允许接收所有的入射光的前提下，采用最小的结面积。结面积可以有几种方法，其中两种最普通的方法有台面结构和平面结构。这两种器件都可以允许光通过透明的衬底层入射，也可允许通过薄的或透明的Ｐ型顶层入射。将器件设计为具有最大的实际耗尽层宽度可以减小结电容。为了能在适中的偏压条件下使宽的ｉ层全部耗尽，要求ｉ层的本底掺杂浓度低。对净施主浓度为ＮＤ的ｉ层，单边结的耗尽宽度为Ｗ＝［２￡（ｙ一％）／ｑ＾，Ｄ］１／２，上式中Ｖ是反向偏置电压，而ｖｂｉ是结的内建电压。若光电二极管的Ｎｎｍｌ０”ｅｍ～，在几伏反向偏压下的耗尽层宽度约为２１ａｍ，直径为１００９ｍ的结，其电容近似为ｌｐＦ，对５０Ｑ的负载电阻，ＲＣ时间常数为５０ｐｓ。载流子在光电二极管内的总渡越时间，包括耗尽区内激发产生的光生载流子在外加电场的作用下漂移通过耗尽区的时间，以及在耗尽区外激发产生的光生载流子扩散到耗尽区所需的时间。耗尽区电场的典型值为Ｅ≥１０４Ｖｃｍ～，在光电二极管所通常应用的材料中，该电场下由散射所的漂移速度大约为１０７ｃｍｓ～。因此，在上述Ｗ＝２９ｍ的例子中，耗尽区的渡越时间为２０ｐｓ。全耗尽的ｉ区外激发产生的载流子在扩散时间如内扩散到耗尽区。例如，对第２章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器于扩散通过ｐ区的电子，钆为Ｉ－ｄ＝ｔ／２．４Ｄ．（２－５）其中￡。为电子扩散长度或扩散距离这两者中的较小者；Ｄ。是电子的扩散系数，它与电子的迁移率成正比。在典型情况下，当扩散距离为１～２１．ｔｍ时，ｆ。＝ｌＯＯｐｓ。因此，假如需要制备一个带宽大于几个干兆赫的超高速光电二极管，则必须尽量减小对入射光有吸收的Ｐ型区的厚度。２．１．３暗电流一个ｐｉｎ光电二极管所产生的噪声功率可以确切地由公式＜毒＞＝２９（？肿＋厶）君（２·６），。是光电流，Ｌ是反向暗电流，ｑ是电子电荷。减小噪声要求光电二极管的暗电流远小于它所检测到的光电流。一般来说，光电二极管的暗电流由体内电流和表面电流两部分组成。对不理想的器件而言，暗电流厶可能主要是由１３ｎ结的缺陷及表面漏电决定。对于精心设计并经理想工艺制备的ｐｉｎ光电二极管而言，产生一复合电流‘．，及扩散电流，。之和表示在低偏压下器件所可能达到的最低暗电流。产生一复合电流‘一，的大小与耗尽区的体积成正比，而与耗尽区内载流子的有效寿命成反比；为获得尽量小的‘－，，要求高质量、无缺陷的材料。，。与偏压ｖ，有效载流子寿命Ｌ及温度Ｔ的关系１１６】为：，。＝（ｑｎ。ＡＷ／Ｌ）［１一ｅｘｐ（一ｑＶ／ｋＴ）］（２－７）其中ｎ？为本征载流子浓度。当偏压大于零点几伏时，公式的指数项可以忽略，则Ｉｓ．，近似通过％随禁带宽度及温度变化－／＇ｌｉ可以表示为：一＝月；ｅｘｐ［一Ｅｇ（Ｔ）／２ｋＴ］由于，。的大小正比于耗尽区的体积，因此在ｉ区完全耗尽以前，北京工业大学工学碛士学位论文［Ｗ＝［２Ｅ（ｖ一圪．）／ｑＮｌ，ｒ］它与外加偏压的平方根成正比。（２·８）扩散电流Ｌ，起源于耗尽区四周的非耗尽Ｐ区和ｎ区内热激发的少数载流予向耗尽区的扩散。，。，来自Ｐ区中少数载流予扩散，以及当Ｗ＜ｄ时由ｉ区的未耗尽部分的少数载流子扩散或当ｗ：ｄ时由ｎ区少数载流子的扩散。（ｗ为ｉ区耗尽层宽度，ｄ为ｉ区宽度）。除此之外，在具有有限横截面积的平面型光电二极管中，』。，还来自在耗尽区边募周围所激发的载流子的扩散。耗尽区周围各个不同的非耗尽区对扩散电流的贡献取决于光电二极管几何结构的细节。它可以由下列公式计算‘”１屯Ｆ＝ｊ０【１一ｅｘｐ（一ｇｙ，ｋＴ）１上式中，对ｐ区内产生的扩散电流，（２·９）‰．。＝ｑｎ；（玩ｈ。）”２（＾，ｆＮ．）而对ｎ区内产生的扩散电流，则有（２一ｌｏ）‰．，＝口砰（Ｄｐ／ｒ，）１２（爿，，／Ⅳ。）（２一１１）在以上两公式中，２和Ｄｐ分别为Ｐ区及ｎ区内少数载流子的扩散系数：而毛和ｒ。则分别是Ｐ区及ｎ区内少数载流子的寿命（对大部分ＩＩＩ．ｖ族化合物半导体而言，乜，Ｄｐ＝１０～２０，而ｒ。＝ｒ，）：Ａ，及凡分别为耗尽区与ｐ型区及ｎ型区交界面的面积；ＮＡ和＿ｖ。分别为Ｐ区的受主和ｉ＂１区的施主浓度。对于一个Ｐ区载流子浓度非常高的二极管来说，扩散电流主要来自１＂１区，或者对平面型器件来说，来自ｐｎ结边上非耗尽的区域。由于扩散电流与砰成正比，而产生一复合电流与琏成正比，因此，当材料的禁带宽度比较窄或者在高温情况下，扩散电流比产生一复合电流更为重要。２．２ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器研究现状近来大多数研究工作都聚焦在实现ｐｉｎ型紫外探测器。ｉ麟ｐｉｎ结构来设计紫外探测器是因为这种结构有其内在的优点１１研：第２苹ＧａＮ摹ｐ‘ｍ型紫外探衡器（１）由于较高的势垒形成较低的暗电流。（２）ｍ作速度高。（３）高阻抗适于ＦＰＡ（Ｆｏｃａ！ｐｌａｎｅａｒｒａｙ）读出电路。（４）通过调整本征层的厚度可以调整其量子效率和工作速度。（５）器件可以在低偏压下工作。对于这类紫外探测器，有两种工作模式（１）光伏模式（零偏置），（２）光导模式（反偏压下）。在反偏压下，耗尽层较宽，器件具有很低的暗电流，也即是它的反向—Ｉｌｐ－ｔｙｐｅＩＩ一ｈｉＩＩ．Ｕ坷ｏｐｅｄｖ－ｔｙｐｅｓ叩ｐｈｅＩ图２－３ｐｉｎ型光电二极管结构及工作原理图Ｆｉｇ．２·３Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｐ·ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ饱和电流。工作模式取决于它的实际应用。在光伏模式，它的暗电流为最低，然而光导模式下器件有最快的响应速度。图２．３为器件结构和原理图。要制作出高性能的ｐｉｎ型紫外探测器，关键是增加光的透射率，因此选用半透明金属做欧姆接触【旧】，并且减薄Ｐ层的厚度，减少对光的吸收，有时为了增加外部量子效率，在外面镀上抗反射层。对于制作高Ａ１组分的器件，有时用电导率相对较高的ｐ型ＧａＮ来替代Ｐ．ＡＩＧａＮ，来制作更好的欧姆接触，不过厚度要尽量薄。ｐｉｎ探测器的Ｐ层常采用宽禁带ＡＩＧａＮ，避免光穿过它时在ｐ区内产生光生载流子。为了保证高的响应速度，ｐｉｎ结深不应超过吸收系数的倒数。要制作短截止波长的器件，需要制作高铝组分的ＡＩＧａＮ材料，Ｄ，Ｗａｌｋｅｒｌ２叫等人制作了Ａ１组分大于７０％的器件，其结构为Ｐ层Ａ１ＧａＮ：Ｍ９２０００埃，ｉ层２０００埃，１ｕｍ的ＡＩＧａＮ：Ｓｉ，在０Ｖ偏压下，在２３２ｎｍ截止波长处，光谱响应度为Ｏ．０５Ａ／Ｗ，在．５Ｖ偏压下为０．１１Ａ／Ｗ，从Ｉ—Ｖ特性上得到在１０Ｖ反偏压下，其漏电流密度为４００ｕＡ／ｃｍ２。由于Ｍｇ掺杂的效率比较低，因此采用在Ａ１ＧａＮ：Ｍｇ层上又生长了５０埃的ＧａＮ：Ｍｇ层，测得零偏的响应度为Ｏ．０９Ａ／Ｗ，在一５Ｖ偏压下响应度为Ｏ．１２Ａ／Ｗ。因此在加上帽层后其响应度稍有改善。要减少Ｐ层对光的吸收，可以采用背面照射的方式，以更有效的接受入射光，｜蔓曼●—鲁——舅——舅ｍｉｌｌ————北京工业大学工学硕士学位论立■＿—●■＿——■啊■■——■—■＿■●■■——■—■薯皇—＿墨——曼—■鼍鼍罾毫■Ｅ寰曼而且焦平面阵列（ＦＰＡ）也要求采用这种方式，因为探测器正面要连接到读出电路（ＲＯＩＣ）。就背光照而言，ｎ层淀积离Ａｌ组分的Ａｌ、Ｇａｌ。Ｎ，而不是ＧａＮ层，可以使光子到达耗尽层前的损耗更小一些。Ｃ．Ｊ．Ｃｏｌｌｉｎｓ［２１］等人设计了一种背光照结构的＾Ｊ，Ｇａｌ．ｘＮ异质结ｐ－ｉ．ｎ结构，如图２－４所示，器件在零偏压下２６９ｎｍ处．量子效率为４２％，在一５Ｖ偏压下提高图２－４ｐｍ器件截面结构图Ｆｉｇ．２＿４Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｌｖｉｅｗｏｆｐｉｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ到４６％，而且一５ｖ偏压下其暗电流密度为８．２ｘ１０‘１１Ａ／ｃｍ２，因此微分电阻＆＝１．４７ｘ１０１４ｎ，根据公式蝴悃ＲｏＡ／”得在＾＝２６９ｎｍ处，Ｄ＋＝２．０×１０“ｃｒｌｆｆｌｚ“２／ｗ１Ｅ．Ｊ．Ｔａｒｓａ等人【２２】避开制备高Ａｌ组分＾ｊ。Ｇａｌ—ｘＮ材料和它的Ｐ型欧姆接触，采用一种反向异质结结构，在这个结构中要求顶层要足够薄，掺杂足够高来做欧图２．５反向异质结结构器件示意图ａ）正面光照Ｆｉｇ．２—５Ｂｌｏｃｋｌａｙｅｒｄｉａｇｒａｍｓｈｏｗｉｎｇｂ）Ｗ面光照ＡＩＧａＮ－ｂａｓｅｄ瑚Ｐｄｅｖｉｃｅｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒａ）ｆｒｏｎｔ－ａｎｄｂ）ｂａｃｋ－ｓｉｄｅｉｌｌｕｒｔｕｎａｔｉｏｎ第２章ＣａＮ基嘧ｌ型紫外探测器姆接触，而且有源层和邻近接触层的能带差必须足够大，来阻止接触层的光生载流子进入有源层。图２．５为正面照射和背面照射的不同结构，正面光照的器件在波长２８５ｎｍ处的峰值响应度为０．０８Ａ／Ｗ，背面光照器件在波长２７５ｎｍ处的光响应度为Ｏ．０３３Ａ／Ｗ，而且两种结构器件的光响应度在３２５ｎｍ处陡峭程度超过１０的３次方。２．３本章小结本章介绍了ｐｉｎ型紫外探测器的基本工作原理和性能参数。说明了ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器的性能特点，详述了其发展现状，分析了正面光照和背面光照结构的ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器的性能。北京工业戈学工学硕士学位论文第３章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器的研制３．１ＧａＮ基ｐｉｎ型探测器分析ＧａＮ材料ｐ诅紫外探测器３．１．１在蓝宝石基底上制造的正面照射ＧａＮ和ＡＩＧａＮｐｉｎ紫外探测器展现了良好的特性，一骰的ｐｉｎ结构是在蓝宝石基底Ｃ平面采用金属有机物化学气相淀积（ＭＯＣＶＤ）或分子束外延（ＭＢＥ）生长制造的，其典型结构如图３．１所示。采用Ａ１Ｎ来制作缓冲层，本征ＧａＮ层的作用是调整耗尽层的宽度，以得到最佳的量子效率和频率响应。用Ｓｉ掺杂的方法得到ｎ型ＧａＮ，淀积Ｔｉ／Ａｕ制作ｒｌ型欧姆接触。用快速退火的方式得到Ｐ型ＧｍＮ：Ｍｇ，然后淀积上Ｐｄ／Ａｕ用来制作Ｐ型欧姆接触。粥ｉＪＧａＮ：ＳｉＡＪＮＳａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓ＇Ｉｒａｔｅ图３－１ｐｉｎ型光电二极管台面结构图Ｆｉｇ．３－１Ｓｃｈｅｍａ６ｃｏｆａｔｙｐｉｃａｌｐｉｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅＩｎｅ￥ａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ３．１．２Ａ１，Ｇａｌ．ｘＮ材料ｐｉｎ紫外探测器由于实际应用的需要（主要是空间探测的需要）用来探测太阳盲区（２５０ｎｍ～２８０ｎｍ）的紫外探测器越来越受到人们的重视。所以，Ａ１；Ｇａｌ．ｘＮ材料紫夕｝探测器成为了这方面研究的重点。ＡｌｘＧａｌ。Ｎ材料通过调整摩尔比率ｘ来调整禁带宽度，从而调节探测波长范围［ａ３１。若将灿的摩尔比率调整到ｘ＞０．４，就可以使Ａ１。Ｇａ】．ｘＮ材料的ｐｉｎ型紫外探测器的截止波长低于２８０ｒｉｍ，但是这也增加了晶格失配，这会影响器件的性能。图３－２｜“嗡出不同Ａｌ组分的Ａｌ。Ｇａｌ。Ｎ材料的ｐｉｎ器件的光响应度曲线。其具体结构可分为两种，一种为正面照射探测器，另夕｝一种为背面第３章ＧａＮ基ｐｉＩＩ型紫外探测器的研制照射探测器。近年来，许多小组报道口５卜【３２】了ＡＩ，，Ｇａｌ．ｘＮ材料的ｐｉｎ型紫外探测器．其中大多数为正面光照结构。爹≥一三一∞盘Ⅵ。盘Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ（ｎｍ）图３－２不同Ａｌ组分的ＡＩＧａＮｐｉｎ光电二极管的光谱响应Ｆｉｇ．３·２ＳｐｅｃｔｒａｌｍｓｐｏｍｅｆｒｏｍＡＩＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ３．１．３ｐｉｎ紫外探测器分析光从Ｐ型＠－ＧａＮ或ｐ－ＡＩＧａＮ）层入射，调整其厚度使光在Ｐ型层被完全吸收，或者在Ｐ层和ｉ层两层中被完全吸收。Ｐ．ＡＩＧａＮ／ｉ．ＧａＮ／ｎ－ＧａＮ（ＡＩＧａＮ／ＧａＮ）异质结结构同ＧａＮ同质结相比，除了用ｐ－ＡｔＧａＮ代替原来的Ｐ．ＧａＮ外，与ＧａＮ同质结结构相同，因此，Ｐ型ＡＩＧａＮ层对ｉ－ＧａＮ来说是光透明的。为了保证高的响应速度，ｐｉｎ结深不应超过吸收系数的倒数。由于ＧａＮ在３６５ｎｍ处的吸收系数约为１０５ｃｍ～，相应得光穿透深度少于１００ｎｍ。这是设计ｐｉｎ各层厚度的依据之～【３３】。不同的研究者从获取外延层材料的难易程度和结构对性能影响的不同考虑，Ｐ、ｉ、ｎ层的厚度选择各有不同ｆ３４１【３５１【３６１．典型的为Ｏ．５～１Ｏ．１～Ｏ．８ｌａｐｍ厚的ｎ．ＧａＮ：Ｓｉ层、１ＴＩ厚的ｉ－ＧａＮ层和２００ｎｍ的ｐ－ＧａＮ或ｐ－Ａ１ＧａＮ层。样片经过在氮气中快速热退火，以获得低电阻的Ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ。然后用干法如反应离子刻蚀方法刻蚀至ｎ－ＧａＮ层，形成～个方形台面，其典型值为１５０１．ｔｍｘ１５０１．ｔｍ～４００／．ｔｍ×４００１ｘｍ。用电子束蒸发或溅射沉积ｎ型接触的Ｔｉ／Ａｕ或ＴＵＡｌ／ＮＵＡｕ（电极），Ｐ型接触的ＮＹＡｕ或Ｐｄ／Ａｕ等多种金属接触【３”，皇舅ＩＩＩ北京工业大学工学硕士学位论文ＩＩ—＿——毫—■—Ｅ—＿墨置｜曼鼍●皇曼—皇曼，＿｜詈并进行退火获得好的欧姆接触。由于需要有较大功函数的金属，Ｐ型材料上实现欧姆接触相当困难，典型的接触电阻率在ｌ矿Ｑ·ｃｍ２数量级。在耗尽区光生电子．空穴对被强电场分离并扫向体区，成为多子复合，在离耗尽区一个扩散长度的体区内，光生载流子由于浓度梯度扩散至耗尽区，而后被电场加速扫入男一侧成为多子。通过加入Ｉ层扩展了耗尽区，增加了漂移电流相对于扩散电流的比例，两种电流机制一起使Ｉ～Ｖ曲线向增大的方向移动。一般情况下，光电二极管工作于零偏或反向偏置下，使光生电流和暗电流的差别最大，因而使灵敏度提高。反向偏置对，器件暗电流来自多个方面。其中表蕊漏电流（包括表面态和近表面诱导的隧道电流）可咀通过钝化或其他工艺处理，使界面处的悬挂健减少，界面态密度减小，这已在许多器件结构中应用。热电流（包括体区扩散电流、耗尽区产生．复合电流、带问和陷阱．能带的隧道电流）包括本征产生、陷阱辅助产生、直接带间隧穿和陷阱辅助隧穿多种热机制。在耗尽区或离耗尽区一个少子扩散长度内，热产生的载流子将对漏电流有贡献，但是对宽禁带半导体ＧａＮ，热激发速率很小，所以除了陷阱辅助的扩散电流和产生．复合电流外，其他因素的影响可以忽略。光电流响应包括１１层的空穴扩散的光电流、Ｐ层的电子扩散的光电流和耗尽层电子一空穴对引起的光电流。除非载流子很接近势垒边界，由于相对较厚的Ｐ层和相对较宽的耗尽区，由下面ｎ层产生的空穴扩散电流可忽略不计。图３．３、图３＿４分别表示典型的ＧａＮ基ｐ．ｉ－ｎ光电探测器的电流．电压（Ｉ—Ｖ）曲线和光谱响应曲线ｍｌ。＿嚣篓ｕｏ毪叠＞ｐ能Ｂｉａｓｖｏｋａｇｅ图３－３ＯａＮ（虚线）和ＡＩＧａ．Ｎ／ＧａＮ（实线）ｐｉｎ型光探测器电流－电压曲线Ｆｉｇ．３－３Ｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅＣｔ－Ｖ１ｃｕｒｖｅｏｆａＧａｉＮ（ｄａｓｈｅｄｌｉｎｅ）ａｎｄＡｔＧａＮ／ＧａＮ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅ）ｐｉｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ第３章ＧａＮ萋ｐｉｎ型紫外撵铡器的研制为使ｐｉｎ器件具有高的时间响应速度，其结构设计应尽量使光在耗尽区吸收，Ｐ层的厚度要较小；在不是太高的偏压下，随反向偏压的增加，不仅响应率提高，而且响应速度也提高，这是因为随偏压增加，耗尽区加宽，降低了结电容，因而有较小的ＲＣ时间常数，小的可达１２ｎｓｐ”。一≥乏甍詈重量、＾Ｉ“ｅｌ锄对懒图３４ＯａＮ（虚线）和ＡＩＧａＮ／ＯａＮ（实线）ｐｍ光探测器光谱响应曲线Ｆｉｇ．３＿４ＳｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙｆｏｒａｎＡＩＧａ．ＮｌＧａＮ（ｓｏｌｉｄｌｉｎｅ）ａｎｄａｐｉｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓＧａＮ（ｄａｓｈｅｄｌｉｎｅ、３．２材料生长及器件制作３．２．１材料生长正面入射配置的ｐ．ｍ结构紫外探测器结构示意图如图３—５。材料生长过程如下：在蓝宝石衬底上外延生长ＧａＮ材料，三甲基镓、三甲基铝、氨气分别是镓、铝、氮的生长源。ｐｉｎ探铡器结构为在蓝宝石衬底的ｃ面上生长一薄层Ａ１Ｎ缓冲层，而后生长重掺杂的ｎ型ＧａＮ层３ｐｍ，Ｇａｉｎｉ层１ｐｍ，０．２ｐｍ的Ｐ型ＧａＮ，厚度为１００ｔ拘Ａ１ＧａＮ钝化层。ＳｉＩ－ｈ是ｎ型掺杂剂，掺杂浓度为５ｘｌＯ堪ｃｍ一，而（ＭｅＣＰ）２Ｍｇ是Ｐ型掺杂剂、掺杂浓度为１×１０＂ｃｍ‘。北京工业大学工学硕士学位论文ＡＩＧａＮ：ＭｇＧａｌ＇，Ｉ：ＭｇＧ州：ｉＧ科：ＳｉＡｌＮＳａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ图３·５ｐｉｎ结构光探测器结构示意图Ｆｉｇ．３—５Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｐｉｎｐｈｏｔｏｄｃｔｅｃｔｏｒ３．２．２版图设计本文制备的ｐｉｎ器件的结构如图３－５所示，下面介绍一下本文所设计的版图图形。绘图所用的软件为Ｌｅｄｉｔ８．３０版。这套版总共有三块分版。第一版：刻台阶。圈３－６刻蚀台阶（＊２５０ｐ曲Ｆｉｇ．３－６Ｍｅｓａｅｔｃｈ（＊２５０１１ｎ１）第二版：光刻ｎ电极。圈３－７光刻ｎ电极（０３００ｕｍ１Ｆｉｇ．３·７Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｏｆｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ（０３００ｕ蚰第三版：光刻Ｐ电极。图３－８光刻Ｐ电极（０２００－１２５ｕｍｌＦｉｇ．３＋８Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｏｆｐｅｌｅｃｔ＇ｏｄｅ（巾２００－１２５ｕｍ、３．２．３器件制备制作ｐｉｎ器件的常规后工艺流程如下：（１）蒸发Ｎｉ２０００，衬底温度１２００Ｃ（２）刻台阶（光刻、腐蚀Ｎｉ、腐蚀ＡＩＧａＮ、去胶、去Ｎｉ），台阶的底部刻蚀达到ｎ型ＧａＮ层（采用图３－６版）（３）光刻ｎ电极（采用图３—７版）（４）蒸发Ｔｉ／ＡＩ／Ｎｉ／Ａｕ（３００／１５００／５００／５００）衬底温度８００Ｃ（５）退火（炉温８５０ｏＣ，保持３０秒，保护气体为氩气１（６）光刻Ｐ电极（采用图３—８版）北京工业大学工学硕士学位论文（７）蒸发Ｎｉ／Ａｕ（３００／２０００）衬底温度８０。Ｃ（８）退火（炉温６６０ｏＣ，保持９０秒，保护气体为氮气）制备完的器件管芯图为图３－９器件管芯示意图Ｆｉｇ．３－９Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｄｅｖｉｃｅｃｈｉｐ３．３本章小结本章介绍了目前研究较多的ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器，从原理、结构和性能参数方面做了较详细的讨论和分析。本章制作了ＧａＮ同质结ｐｉｎ型紫外探测器，介绍了制作工艺。第４章ＧａＮ基ｐｉｌｌ型紫外探测器性能测试第４章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器性能测试４．１暗电流本章首先对制各的ＧａＮ紫外探测器样品进行无光照时的ｌ－Ｖ特性测试，也就是测量器件的暗电流。测试采用Ａｇｉｌｅｎｔ４１５５Ｃ半导体参数测试仪，如图４－１图４－１安捷伦４１５５Ｃ半导体参数测试仪Ｆｉｇ．４－１Ａｇｉｌｅｎｔ４１５５Ｃｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒａｎａｌｙｚｅｒ《日ＥＵＢｉａｓＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图４－２ｐｉｎ型光探测器电流一电压特性Ｆｉｇ．４—２Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅ（Ｉ－Ｖ）ｃｕｒｖｅｏｆｐ—ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ所示，测得其中一器件的电流一电压特性如图４—２所示，器件的正向导通电压约北京工业大学工学硕士学位论文为４．４Ｖ（电流为ｔ．０３ｍＡ）。从图中可知反偏４０Ｖ时反向漏电流依然很小（Ｏ．８８”Ａ），说明反向击穿电压远远大于４０Ｖ，反偏２０Ｖ时反向漏电流为２４．２３ｈＡ，反偏１０Ｖ时反向漏电流为Ｏ，６３９ｎＡ。４．２光电流测量器件的光照Ｉ－Ｖ特性也就是测量器件的光电流响应情况，这首先必须具备紫外波段的光源。光响应测试中所用的光源为８０Ｗ高压汞灯，样品与光源的距离为７厘米。测试了５Ｖ、１０Ｖ三种条件下的光探测器的明暗电流的对比，如图４－３，图４．４所示。《仁ｉｔＵ３ＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图４－３０ｖ－－５ｖ反偏压下明、暗电流对比Ｆｉｇ，４－３ＰｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｄａｒｋｃｕｌＴｅｎｔｆｒｏｍ０ｔｏ５Ｖ第４章ＧａＮ基ｐｍ型紫外探测器性能测试１ＦＩＩｉｉ■岛曼——奠量—●—目量—■皇舅—■蔓墨●—蔓寰４６《ｔｆＣ匕Ｕ３ＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图４＿４ｏｖ～１０Ｖ反偏压下明、暗电流对比Ｆｉｇ４－４Ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｄａｒｋｃｕｒｒｅｎｔ筋ｍ０ｔｏ１０Ｖ从图４．３和图４－４可知，暗电流在反偏ＩＯＶ、５Ｖ时分别为０．６３８ｎＡ和Ｏ．１２７ｈＡ。光电流在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为１６．０６ｎＡ和６，７３９ｎＡ。反偏明、暗电流之比在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分鄹为２５．１７和５３，０６。４．３响应度光响应度是光电探测器对单色入射辐射的响应能力。电压光谱响应度Ｒ（＾）定义为在波长＾的单位入射辐射功率的照射下，光电探测器输出的信号电压，用公式表示，则为Ｒ。（入）＝Ｖ（＾），Ｐ（ｘ）（４－１）而光电探测器在波长＾的单位入射辐射功率的作用下，其所输出的光电流叫做探测器的电流光谱响应度，用下式表示Ｒｉ（ｘ）＝Ｉ（＾）／ｐ（ｘ）（４－２）式中，Ｐ（＾）是波长为＾时的入射光功率；Ｖ（＾）为光电探测器在入射光功率Ｐ（＾）作用下的输出信号电压；Ｉ（ｘ）为输出用电流表示的输出信号电流。测量光电探测器的光谱响应多用单色仪对辐射源的辐射功率进行分光，来得到不同波长的单色辐射，然后测量在各种波长的辐射照射下光电探测器输出的电信号Ｉ（＾）。然而实际光源的辐射功率是波长的函数，因此在相对测量中要确定单色辐射功率Ｐ（凡）需要利用参考探测器（基准探测器）。即使用一个光谱响应度为Ｒ（＾）的探测器为基准，用同一波长的单色辐射分别照射探测器和基准探测器。由探测器的电信号输出（例如为电流信号）Ｉ“＾）可得单色辐射功率Ｐ（＾）＝Ｉｆ（ｘ）／Ｒ（＾），再通过Ｒｉ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）伊（ｘ）计算即可得到待测探测器的光谱响应度。所以待测探测器的光谱响应度为Ｒｉ（＾）＝（Ｉ（＾）／Ｋｂ）／（１ｉ（ｘ），Ｒｊ（＾）Ｋ０，式中Ｋｂ为待测探测器前放和主放大倍数的乘积，即总的放大倍数，Ｋ，为参考探测器的总的放大倍数【３９】。用氙灯作光源，机械斩波器调制光信号，锁相放大器检测信号，由计算机控制和采集数据，测得探测器的响应度Ｒ与灭的关系。图４－５紫外探测器光响应度测试系统Ｆｉｇ．４－５Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｏｆｐｈｏｔｏｒｅｓｐｏｎｓｅｆｏｒｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｄｅｔｅｃｔｏｒ皇皇皇●｜鼍鼍●日皇田ｉｉ第４章ＧａＮ基ｐ血型觜外搽潮罂性能测试ｉｉｉ■寰墨—■皇是—■罡曩鼍—曼鼍—｜皇！曩■！曼一『『乏一∞兽∞芷Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ（ｎｍ）图４＿６不同电压下紫外探测器光响应度曲线Ｆｉｇ．４—６ＴｈｅｃｕｒｖｅｏｆｍｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙＶｓｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｆｏｒｐ－ｉ－ｎｄｅｔｅｃｔｏｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｖｏｌｔａｇｅｓ从图４—６可知在ｏｖ偏压下，在３６６ｎｍ处的峰值光响应度为０．１１Ａ／Ｗ。加反偏压３ｖ后响应度有明显增加，但加反偏３Ｖ和６Ｖ下的响应度变化不大。４．４击穿电压０．００呻２Ｄ《芒０Ｄｏ∞１５８００００１０Ｏ‘０００００５Ｏ００００（３０ＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（ｖ）图４０反偏４０Ｖ下的电流．电压特性Ｆｉｇ，４－７Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃｕｒｒｅｎｌ－ｖｏｌｔａｇｅａｔ４０ＶｒｅＹｃｒｓｅｂｉａｓ本文测量了器件在反偏４０Ｖ时的电流一电压特性，从图４—７可知４０Ｖ时其电蔓鼍Ｉ北京工业大学工学硕士学位论文ＩＩＩＩ—曼●—置目—皇曼—皇曼—Ｅ曼■奠曼■鲁流已经达到０．０３ｍＡ。接着把电压调大～些，得到如图４—１０，当电压达到５３．１９３Ｖ时，器件发生烧毁现象。一吐葛ｃＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（ｖ）图４．１０反偏ＩＯＯＶ下的热烧毁Ｆｉｇ．４—１０ＢｕｒｎｔｈｒｏｕｇｈｏｆｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒａｔｌＯＯＶＩｔＶｅｒｓｅｂｉａｓ４．５本章小结经过测量分析，得出如下结论：１）Ａ１ＧａＮ／ＧａＮ同质结四层结构的ｐｉｎ型紫外探测器在室温下具有约４．４Ｖ的正向导通电压（电流为Ｌ０３ｍＡ）。２）反向暗电流在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为０．６３８ｎＡ和０．１２７ｈＡ。３）反向明电流在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为１６．０６ｈＡ和６．７３９ｎ．Ａ。４）反偏明、暗电流之比在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为２５．１７和５３．０６。５）测得的光响应度在３６６ｎｍ处有最大值，为Ｏ，ｌｌＡ／Ｗ。６）反向击穿电压为５３．９１Ｖ。综上所述，ＡＩＧａＮｔＧａＮ同质结四层结构的ｐｉｎ型紫外探测器具有极低的暗电流和比较高的光响应度。第５章ＧａＮ基ｐｊｎ型觜外探测嚣高温电气性能测试分析第５章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器高温电气性能测试分析５．１不同温度下Ｉ—Ｖ性能测试及分析５．１．１测试系统的建立实验采用的样品是图５－１所示的ｐｉｎ结构的器件，测试了其中两个器件。采用的设备为半导体参数测试仪ＨＰ４１５５Ｃ，探针台，Ｅｕｒｏｔｈｃｒｍ８０８数字温控仪，加热炉。本章测试了１≠｝和２存器件在２５０Ｃ、５０ｏＣ、１０００Ｃ、１５０３００ｏＣ七个温度点的Ｉ－Ｖ特性。测试系统如图５．２。ｏＣ、２００ｏＣ、２５０。Ｃ、国５－１待溯样品俯视图Ｆｉｇ．５—１Ｔｏｐｖｉｅｗｏｆｓａｍｐｌｅｓｕｎｄｅｒｔｅｓｔ圈５．２电流．电压特性测试系统示意图Ｆｉｇ．５．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｃｕｒｒｅｎｔ—ｖｏｌｔａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ－２７－兰皇曼置舅—■曼鼍量Ｅ—■量皇皇墨舅——Ｅ！曼詈—■｜葛日胃—●＿鼍皇墨量—■量皇鼍＿Ｉ５．１．２测试结果处理及分析（１）室温正向Ｉ—Ｖ特性北豪工业大学工学硕士学位论文Ｉ鼍葛鼍■■皇皇莹曼—●Ｅ曼烹量——皇互鼍三宅！罡Ｆｏｒｖ４ａｒｄＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５－３ＧａＮｐｉｎ光电探测器的室温时的正向电流．电压特性Ｆｉｇ，５—３ＦｏｒｗａｒｄＩ－ＶｃｔｍｍｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｏｒＧａＮｐ－ｉ＿ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒａｔｌｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｌｌｒｅ图５．３为１＃器件和２撑器件的室温正向Ｉ．Ｖ特性，１撑器件的开启电压约为１２＃器件的开启电压约为３．５Ｖ。（２）正向Ｌｖ随温度变化特性５Ｖ，图５－４ａ）和图５．４ｂ）为ｌ岸器件和２撑器件的在３００Ｋ、３５０Ｋ、４００Ｉ（、４５０Ｋ、５００Ｋ、５５０Ｋ、６００Ｋ时的正向电流一电压特性。所示的图为ｌｏｇｉ－Ｖ曲线，为了保护器件，在用半导体参数测试仪ＨＰ４ｔ５５漫４试时，设定其最大电流为１０ｍＡ。从图中可知，相同电压下，随着温度升高，其电流逐渐交大。随着温度升高，热生载流子形成的电流逐渐变大。第５章ＧａＮ基ｐｊｎ型紫外探测器高温电气性能测试分析１口１口０１１Ｅ。３１Ｅ一４Ｓ芒１Ｅ一５１Ｅ—Ｂ１Ｅ．７１仨．８ｏ竺与１Ｅ．９１Ｅ．１０ＦｏｒｗａｒｄＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５－４ａ）１＃ＧａＮｐｉｎ光电探测器的随温度变化时的正向电流．电压特性Ｆｉｇ．５－４ａ）ＦｏｒｗａｒｄＩ－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｏｒｌ＃ＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓＳ芒罢８ＦｏｒｗａｒｄＶｏｌｔａｇｅ（ｖ）图５．４ｂ）２＃ＯａＮｐｉｎ光电探测器的随温度变化时的正向电流．电压特性Ｆｉｇ－５－４ｂ）ＦｏｒｗａｒｄＩ－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｏｒ２＃ＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔＯｒａｔｄｉｆｆｅｒｅ＇ｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．２９－北京工业大学工学硕士学位论文（３）饱和电流随温度变化特性。量ｑ‘ｏ—图５－５ＯａＮｐｎ结随温度变化时的饱和电流ｐ－ｎｊｕｎｃｔｉｏｎ船ａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｇ．５－５ＳａｔｕｒａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｆｏｒＧａＮ１９９６年ＣｒｅｅＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ，的Ｖ．Ａ．Ｄｍｉｔｒｉｅｖｌ３９】测试的ＧａＮｐｎ结的饱和电流随温度变化的特性如图５—５所示，在高温区，电流饱和密度厶与温度成指数变化的关系，Ｊｏ＝‘ｅｘｐ（一Ｅ／ｋＴ）（５—１）这里Ｊ：是预指数因子，Ｅ为激活能，接近与ＧａＮ禁带宽度的一半。他得出结论在４５０Ｋ到６００Ｋ之间，ＧａＮｐｎ结电流机制符合Ｓａｈ—Ｎｏｙｃｅ—Ｓｃｈｏｃｋｌｅｙ模型空间电荷区的载流子复合理论。在高电流密度时Ｉ—Ｖ特性由顶层的ＧａＮ欧姆接触的接触电阻决定。图５－６ａ）为本文测得的随温度变化的饱和电流的半对数坐标图，横轴为１０００／Ｔ，纵轴为１０９Ｉ；，随温度升高两个器件的饱和电流都在增大，其变化规律基本是线性。但发现６００Ｋ时，２抖器件的饱和电流突然增大，偏离程度较大。因此去掉这个点后，得到如图５－６ｂ）的１＿Ｉ｝和２撑器件的拟合曲线。１舟和２群的拟合曲线第５章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器高温电气性能测试分析１５３５乏￥翌８Ｃ昙巴三品１０００ｒｒ（Ｋ１）图５－６ａ）ＧａＮｐ－ｉ－ｎ光电探测器的随温度变化时的饱和电流Ｆｉｇ．５·６’．５ａ）ＳａｔｕｒａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｆｂｒＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ２．５ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ３．５２ｏ３ｏ《ｇＣ｝３ＵＣ曼∞（／３１０００ｒｒ（Ｋ－。）图５＿６ｂ）ＧａＮｐｉｎ光电探测器的随温度变化时的饱和电流Ｆｉｇ．５－６ｂ）ＳａｔｕｒａｔｉｏｎａｓａｃｕｒｒｅｎｔｆｏｒＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ北京工业大学工学硕士学位论文的斜率分别为一１．１３１８２和一１．１３５７４，是比较接近的。这里取斜率一１．１３，厶＝ｔ，：ｅＸｐ（一疋／ｋＴ）两边取以１０为底的对数令一上１００ｋｌｎｌ０＝一１．１３，求得睾＿２６０１．９指数关系。求得器件的饱和电流与温度的关系为ｌ｛≠，厶＝５．４ｘ１０－７ｌｏｇ厶＝ｌ。ｇ‘一而丽Ｅｏ丽丁１０００计算得到在整个测量温度３００Ｋ～６００Ｋ之间，ｌ＃和２≠｝器件的饱和电流和温度成在１＃和２捍线上各取一点ｌ＃（５００Ｋ，２．９７６９１Ｅ一９），２＃（５００Ｋ，１．０４６０３Ｅ一９）ｅｘｐ（－２６０２１Ｔ）２＃，－Ｉｏ＝１．９ｘ１０。ｅｘｐ（－２６０２／Ｔ１（４）ＬｏｇＩ．ｉ／ｒ（１：－１）求离化能下面两个图是ｌ＃和２拌器件的ｌｏｇＩ—ｌｏｇｖ曲线图，Ｉ—Ｖ特性有一段表现出幂指芑口ＪＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５．７ａｌｌ＃ＧａＮｐ－ｉ—ｎ光电探测器的ｌｏｇＩ—ｌｏｇＶ特性Ｆｉｇ．５·７ａ）ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｅｓｏｆｌｃＩｇＩ—ＩｏｇＶｆｏｒ１＃ＧａＮＰ·ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ．３２．第５章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测罂高温电气性能测试分析主芑∞ＪＪｏｕＦＯＷ８ｒｄＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５—７ｂ）２＃ＣａＮｐ－ｉ－ｎ光电探测器的ｌ０９１．１０９Ｖ特性Ｆｉｇ．５－７ｂ１ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｇＩ·ｌｏｇＶｆｏｒ２＃ＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ数规律。而且Ｉ—Ｖ特性呈现Ｓ型，这是ｐｉｎ结构的典型特性。Ｋ．Ｌ．Ａｓｈｌｅｙ模型１４０】描述了ｉ区有深能级杂质的ｐｉｎ结构的电流输运特性。假设有一个复合中心，平衡状态下被电子占据。而且假设对于电子和空穴复合中心的俘获截面是不同的。那么可以从其某个正向电压下的电流和温度的关系ｌｏｇＩ参数。图５．８给出了０．６Ｖ、４Ｖ、４．５Ｖ三个电压下的ｌｏｇＩ合的直线的斜率分别为表５－１三个电压下的斜率值Ｔａｂｌｅ５－１ＳｌｏｐｅｓａｔｔｈｒｅｅＶｏｌｔａｇｅｓｖｓｖｓ１／Ｔ曲线提取激活能ｌ厂ｒ曲线，用ｏｒｉｇｉｎ拟０．６Ｖ１＃２＃－０．６６９一１．０６３４Ｖ—０．２４３－０．７２７４．５Ｖ－０．２８３—０．６５ｌ从数据或斜率都可以看出，对于１＃和２＃器件三个电压下的三条直线不平行。这里取４Ｖ时的斜率来计算ｌ＃和２｛｝器件的激活能分别为１＃，一——＝￡一＝－０．２４３＝）Ｅ．＝０．０４８ｅＶ１０００ｋＩｎｌ０Ｆ２＃，一——二盘—～＝－０．７２７＝）Ｅ．＝０．１４４ｅｙ１０００ｋＩｎｌ０ＦＶ．Ａ．Ｄｍｉｔｒｉｅｖ计算出的Ｇａｂ／ｐ－ｎ结激活能为０．１４６ｅＶ。ｔ５３５《ｔｒＣ∞ｔ３Ｕ１０００／Ｔ（一１图５－８ａ）ＬｏｇｌＶＳｌ厂ｒ变化图（三个电压点）Ｆｉｇ．５—８ａ）ＬｏｇＩ１５２ＤＶＳ１７１＂ａｔｔｈｒｅｅｖｏｌｔａｇｅｓ２５３．０３５孑￥芒８２０２５３Ｏ３５ｏｏｏｒｒ（Ｋ’）图５－８ｂ）Ｌｏｇｉｖｓｌ厂ｒ变化图（三个电压点）Ｆｉｇ．５·８ｂ）ＬｏｇＩＶＳＩ／Ｔａｔｔｈｒｅｅｖｏｌｔａｇｅｓ，３４．｜皇—■—田—■墨——■囊——■量●●■墨——■—■■—●—囊—■■————■——■■——一Ｉ■■●—■暑——舅舅●曾舅舅—量墨——曼璺—曼（５）理想因子随温度变化特性第５章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探澳ｌ嚣高沮电气性能测试分析Ｐ—Ｈ结电流表达式，＝，护”‘，在ｙ＞丝条件下。，：ＬＰ等叮Ｙ毛Ｙ．ｓ＝等ｊ＝Ｌｅ“７，ｓ即为曲线斜率ｅ甚，＝＋百ｑＶｌｏｇｅｌｏｇＩｎｋＴ＝ｌｏｇｌｏ＋—＝－ｓ：！堕堡！：鲤：！一。。：ｄｙｈ（１０）ｎｋＴ／ｑ１Ｉｌ（１０）ＳｋＴ／ｑ２，３ＳｋＴ／ｑ根据上述方法计算出两个器件的随温度交化的理想因子。表５－２不同温度下的理想因子Ｔａｂｌｅ５－２ｌｄｅａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ３００Ｋ１群２拌２．４７８９８３．４０４２ｌ３５０Ｋ２．２８１８９２．９４１５２４００Ｋ２．２７４７５２．７８８３３４５０Ｋ２．１５６０８２．４２５９５５００Ｋ１．８６２５４２．３６５８２５５０Ｋ１．４９４５１２．２５６３３６００Ｋ１２４３８３２，６４５１８ａｏｏ鲁∞４００４∞５∞５５０ｋ乜盟童‘而∞屯Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｋ）图５－９曲不同温度下的理想因子Ｆｉｇ．５－９ａ）Ｉｄｅａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ一３５－北京工业丈掌工学硕士学位论文从图中看出６００Ｉ（时２撑器件的理想因子偏移较大，因此在拟合时去掉该点。占召口釜焉里∞Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｋ）图５－９ｂ１不同温度下的理想因子Ｆｉｇ．５－９ｂ）Ｉｄｃａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ拟合出的直线的斜率对于ｌ＃和２群分别为一０．００４４７和一０．００４０７，是比较接近的。计算时取０．００４，取点＿ｌ＃（４００Ｋ，２．２７４７５），２＃（４００Ｋ，２．７８８３３）得出其隧温度变化的理想因子为ｌ＃。ｎ（Ｔ）＝３，８７４７５—０，００４１＂２＃ｔｎ（Ｔ）－４．３８８３３—０．００４Ｔ所以得出结论是理想因子随温度升高呈线性减小。从表５．２可以看出计算出的理想因子值大多大于２．０，但根据以前的理论理想因子在１和２之间。根据Ｓａｈ－Ｎｏｙｃｃ—Ｓｈｏｃｌｄｅｙ理论‘４“，ｐｎ结的正向电流由少数载流子注入到结的中性区的复合形成电流，这种电流下的理想因子值为１．０。空间电荷区的复合载流子，被复合中心在本征费米能级，决定理想因子值为２．０。图５．１０表示了这两种情况。然而，Ｓａｈ—Ｎｏｙｃｅ－Ｓｈｏｃｋｌｅｙ模型不能解释ＡＩＧａＮ／ＧａＮｐｎ结理想因子大于２．０的情况。这种高理想因子的结果和Ｄｍｉｔｒｉｅｖ曾经得到的结果一致。对于实验的器件，由于是非简并掺杂，分析认为是带问隧穿造成的高值理想因子。第５章ＧａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器高温电气性能测试分析图５。１０理想因子为１．０和２．０的二极管的电流．电压特性示意图Ｆｉｇ．５—１０ＳｃｈｅｍａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＩ－Ｖｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃａｒｒｉｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｄｉｏｄｅｉｄｅａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒｏｆｎ＝１．０ａｎｄｎ＝２．０５．２不同温度下Ｃ．Ｖ性能测试及分析５．２．１引言突变结和线性缓变结的势垒电容，都与外加电压有关系。一方面可以制成交容器件；另一方面可以用来测量结附近的杂质浓度和杂质浓度的梯度‘蚴。（１）测量单边突变结的杂质浓度对于ｐ＋－ｎ结或ｎ＋．ｐ结，其势垒电容表达式为Ｇ＝·√丽６，ｅ．ｏ砑ｑＮ８将上式平方取倒数（５—２）上：！！堡二塑ｇ，４２ｃ，ｃｏｑＮｌ，（５－３）则得Ａ２￡，ｓ羽Ｎ（５—４）＿Ｉｌｌ北京工业大学工学硕士学位论文Ｉｌ■●■ｌ＿●＿＿－目＿＿￥■－目Ｉｌｓ■Ｅ！■Ｅ若用实验做出１／ｃ；一Ｖ的关系曲线，则上式为该直线的斜率。因此，可由斜率求得轻掺杂一边的杂质浓度Ⅳ。，从直线的截距，则可求得ｐ－ｎ结的接触电势差％。（２）测量线性缓变结的杂质浓度梯度线性缓变结的势垒电容为（５－５）Ｃｒ＝Ａ将上式两边取立方倒数得一５—磊专Ｃ，３＝黼２２２睁ｅ，怕峋’由实验做出１／ｇ—Ｖ关系曲线是一直线，从该直线的斜率可求得杂质浓度梯度口，，由直线的截距求得接触电势差％。５．２．２测试系统的建立采用的设备为ＨＰ４２８０Ａ１ＭＨｚ８０８数字温控仪，加热炉。ＣＭＥＴＥＲ／Ｃ．ＶＰＬＯＴＴＥＲ，探针台，Ｅｕｒｏｔｈｅｍ＿ｌ图５．１１电流．电压特性测试系统示意图Ｆｉｇ．５—１１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｅｓｔｆｏｒｃｕｒｒｅｎｔ－ｖｏｌｔａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ测试了ｌ群和２≠｝器件在２５０Ｃ、５００Ｃ、１０００Ｃ、１５００Ｃ、２０００Ｃ、２５００Ｃ、３００ｏＣ－３８．七个温度点的Ｃ．Ｖ特性。５．２．３测试结果处理及分析图５－１２是测得的室温的电容一电压特性。图５－１３为ｉ／ｃ。－Ｖ曲线，近似为直线，表明结为线性缓变结。所以按线性缓变结的公式来计算杂质浓度梯度和内建电势差。杂质浓度梯度哆＝ｊ墨霹ｉ罚１２了丽‘５—７）内建电势差％２瓦灭孑两Ａｌ＃，２．５２２８９Ｅ３２．９．７０４１Ｅ３２２＃，２．２２３２６Ｅ３２．８．３５４１６Ｅ３２２南（５—８）式中‘＝８．９，岛＝８．８５４ｘ１０‘１２Ｆ／ｍ，ｑ＝１．６０２ｘ１０“９Ｃ，结直径砂＝２５０ｕｒｎ△为截距。从图５—１３得出拟合直线的斜率和截距分别为计算得到杂质浓度梯度和内建电势差分别为ｌ＃，１．９８Ｅ＋２２ｃｍ＂４。３．８５Ｖ２＃，２．２５Ｅ＋２２ｃｍ’４．３．７６ＶＶ．Ａ．Ｄｍｉｔｒｉｃｖ从Ｃ．Ｖ数据得到的线性缓变结ＧａＮ同质ｐｎ结的浓度梯度为２Ｅ２２到２Ｅ２３ｃｍ４之间，ＧａＮｐｉｎ结的内建电势差为４Ｖ到７ｖ之间。图５—１５和图５一１６给出了在不同温度下的电容一电压特性，从图中可以看出温度变化时，其电容变化还是显著的。北京工业大学工学硕士学位论文０４５８１１８∈．０１１１０Ｅ．０１１１ＯＯＥ一０１１ＯＯＥ一０１ｔ９００Ｅ０ｉ２０口Ｅ．０１２８００Ｅ０１２００Ｅ．０１２一。写嚣Ⅲ７０ＤＥ－０１２００Ｅ．０１２６００Ｅ－０１２００Ｅ．０１２Ｒｅｖｅ［ｓｅＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５．１２室温电容．电压特性Ｆｉｇ．５－１２Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ－ｖｏｌｔａｇｅｃｈａｒａｃｔｃｒｉｓｔｉｃａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ２３４７８９１口４５０Ｅ＋０３３４００Ｅ＋０３３３５０Ｅ＋０３３３００Ｅ＋０３３产邑Ｑ２００Ｅ＋０３３５０Ｅ＋０３３２５０Ｅ＋０３３１１００Ｅ＋０３３５００Ｅ＋０３２ＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）圈５—１３１／Ｃ３－Ｖ曲线Ｆｉｇ．５．１３ＣｕｒｖｅｏｆＩ／ＣＬＶ．４０．第５章ＯａＮ基ｐｉｎ型紫外探测器高温电气性能测试分析０３００Ｅ＋０３３１２３４５６７３００Ｅ＋０３３２ＢＯＥ·吨３３２ＢＯＥ＋０３３２６ＤＥ＋０３３２６０Ｅ＋０３３２■０Ｅ＋０３３２■０Ｅ＋０３３２２２０Ｅ＋０３３２２０Ｅ＋０３３ＯＤＥ＋０３３２００Ｅ＋０３３琶１８０Ｅ＋０３３Ｑ１１１１８８１日０Ｅ＋０３３１６０Ｅ＋０３３４０Ｅ＋０３３２０Ｅ＋０３３００Ｅ＋０３３００Ｅ＋０３２０８Ｅ＋０３２６０Ｅ＋０３３１４０Ｅ＋０３３１２０Ｅ＋Ｄ３３１８６００Ｅ＋０３３００Ｅ＋０３２００Ｅ＋０３２ＲｅｖｅｒｓｅＶｏＩｔａｇｅ（Ｖ）圉５．１４Ｉ／Ｃ３－Ｖ拟台曲线Ｆｉｇ．５．１４ＦｉｔｌｉｎｅａｒｃｕｒｖｅｏｆＩ／Ｃ３－Ｖ２１４０Ｅ’０１１３４９４０Ｅ－０１１１２０Ｅ。０１１１２０∈．Ｄ１１１００Ｅ，０１１００Ｅ．０１１８００Ｅ—Ｄ１２８ＤＯＥ．０１２８００Ｅ一０１２６００Ｅ．０１２邑。芒∞＝甚导ｕ４００Ｅ，０｛２４００Ｅ－０１２２口ＯＥ，Ｄ１２２００Ｅ一０１２０ＯＯＥ＋００００００Ｅ＋００口ＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５—１５１＃ｐｉｎ光探测器在不同温度下的电容电压特性Ｆｉｇ．５－１５Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ－ｖｏｌｔａｇｅｏｆｌ＃ｐｉｎｄｅｔｅｃｔｏｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．４１．北京工业大学工学硕士学位论文３４５ｇ１０１５０Ｅ一０１１１４０Ｅ．０１１１５０Ｅ－口１１４０Ｅ－－０｛１３口∈－０１１２０Ｅ＿０１１３０Ｅ．０１１２０Ｅ－０１１０Ｅ－叭１１１１ｅＳ写看１１１０Ｅ＿０１００Ｅ．０１１１００Ｅ－０１１２翌ｇ００Ｅ．０１２８９００Ｅ．０１８００Ｅ．０１２８００Ｅ＿０１２７００Ｅ．０１２６００Ｅ一０１２７００Ｅ．０１２６００Ｅ＿０１２ＲｅｖｅｒｓｅＶｏｌｔａｇｅ（Ｖ）图５－１６２＃ｐｉｎ光探测器在不同温度下的电容电压特性Ｆｉｇ．５－１６Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ—ｖｏｌｔａｇｅｏｆ２＃ｐｉｎｄｅｔｅｃｔｏｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ５．３本章小结本章建立了高温测试系统，测试了器件不同温度下的电流．电压（Ｉ．Ｖ）和电容．电压（ｃ－Ｖ）电气特性。从Ｉ－Ｖ中提取理想因子在１．２～３．４之间变化，理想因子ｎ（Ｔ）和温度Ｔ呈线性减小，比例常数为－０．００４。饱和电流Ｉ（Ｔ）和温度Ｔ呈指数变化规律，指数因子为ｃ（‘２６０∽。室温１／（２３－Ｖ曲线呈线性，说明结为线性缓变结，由此推出器件的浓度梯度为１．９８Ｅ＋２２ｃｍ’４和２．２５Ｅ＋２２ｃｍ。４，内建电势差为３．８５Ｖ和３．７６Ｖ。－４２．结论结论早在５０年代，人们即开始了对紫外探测技术的研究。紫外探测技术是继红外和激光探测技术之后发展起来的又一军民两用光电探测技术。紫外探测技术在医学、生物学等领域有着广泛的应用，在军事上，它主要用于紫外预警、紫外通讯、紫外／红外复合制导和导弹探测等方面。由于ＧａＮ材料在３６５ｎｍ（紫外光）波段具有很尖的截止响应特性，因而降低了对滤波器的要求，这使得ＧａＮ基的光探测器具有能够在不受长波辐射的影响下，在紫外波段监测太阳盲Ｉ复（ＳｏｌａｒＢｌｉｎｄ）的特性。本文用ＭＢＥ在蓝宝石衬底上Ｃ面上生长Ｔｐｉｎ型紫外探测器，生长源分别是三甲基镓、三甲基铝、氨气。ＧａＮ同质结ｐｉｎ型紫外探测器结构生长顺序如下：（１１蓝宝石衬底的Ｃ面上生长一薄层Ａ１Ｎ缓冲层；（２）重掺杂的ｎ型ＧａＮ层３ｔ，ｔｍ，Ｓｉ掺杂浓度为５Ｘ１０１８ｃｍ一；（３）ＧａＮｉ层ｌｐｍ；（４）Ｏ．２ｕｍ的ｐ型ＧａＮ，Ｍｇ掺杂浓度为１Ｘ１０１７ｃｍ３，（５）厚度为１００Ａ的ＡｌＧａＮ钝化层。ｎ型欧姆接触为Ｔｉ／Ａ１／Ｎｉ／Ａｕ（３００五／ｔ５００～５００／ｖ５００内，合金温度８５００Ｃ，持续３０秒。ｐ型欧姆接触为Ｎｉ／Ａｕ（３００＾／２０００Ａ），在氮气气氛中６６００Ｃ保持９０秒退火形成。本文测试了ｐｉｎ型紫外探测器的正反向电流．电压特性和紫外光谱响应曲线。经过测量分析，得出如下结论：（１）Ａ１ＧａＮ／ＧａＮ同质结四层结构的ｐ．ｉ．ｒｌ型紫外探测器在室温下具有约４．４Ｖ的正向导通电压（电流为１．０３ｍＡ）。（２）反向暗电流在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为Ｏ．６３８ｎＡ和Ｏ．１２７ｎＡ。（３）反向明电流在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为１６．０６ｎＡ和６．７３９ｎＡ。（４）反偏明、暗电流之比在反偏１０Ｖ、５Ｖ时分别为２５．１７和５３．０６。（５）Ｎ得的光响应度在３６６ｎｍ处有最大值，为０．１ｌＡ／Ｗ。（６）反向击穿电压为５３．９１Ｖ。综上所述，ＭＧａＮ／ＧａＮ同质结四层结构的ｐｉｎ型紫外探测器具有极低的暗电流和比较高的光响应度。建立了高温测试系统，测试了器件不同温度下的Ｉ—Ｖ和ｃ—Ｖ电气特性，从电北京工业大学工学硕士学位论文流一电压特性和电容－电匝特性中提取理想因子、饱和电流等参数，分析了器件的电流机制。１．Ｉ－Ｖ特性采用半导体参数测试仪ＨＰ４１５５Ｃ，探针台，Ｅｕｒｏｔｈｅｒｍ８０８数字温控仪和加热炉建立了Ｉ．Ｖ测试系统，测试了１栉和２抖器件在２５０Ｃ、５０２００ｏＣ、２５０ｏＣ、３００ｏＣ七个温度点的Ｉ—Ｖ特性。ｏＣ、１００ｏＣ、１５０ｏＣ、（１）从ｌ＃和２撑器件的ｌｏ百一ｌｏｇＶ曲线图可看出Ｉ—Ｖ特性有～段表现出幂指数规律。而且Ｉ－Ｖ特性呈现Ｓ型，这是ｐ－ｉ—Ｅｔ结构的典型特性。由不同温度下的Ｉ—ｖ特性提取出器件的饱和电流，理想因子等参数，并得到它们随温度变化的经验公式，从Ｌｏｇｌ一１厂ｒ曲线得到激活能。（２）饱和电流Ｉ（Ｔ）和温度Ｔ呈指数变化规律，指数因子为ｅ｛五６０折）。（３）得到的室温理想因子值大于２，说明除了扩散电流外，还有其他额外的电流机制存在，如空间电荷电流，另外由于ＧａＮ材料的高缺陷密度，还可能有深能级辅助隧穿电流存在。理想因子ｎ（Ｔ）和温度Ｔ呈线性减小，比例常数为０．００４。（４）取了Ｏ．４Ｖ，４Ｖ和４．５Ｖ三个电压下的电流值，做出ＬｏｇＩ一１厂ｒ曲线，由此得出激活能为０．１４４ｅＶ。２．ｃ－Ｖ特性（１）采用ＨＰ４２８０ＡＩＭＨｚＣＭＥＴＥＲ／Ｃ－ＶＰＬＯＴＴＥＲ，探针台，Ｅｕｒｏｔｈｅｒｍ８０８数字温控仪和加热炉建立了高温Ｃ－Ｖ测试系统。测试了Ｉ拌和２岸器件在２５０Ｃ、５０ｏＣ、１０００Ｃ、１５００Ｃ、２００ｏＣ、２５０。Ｃ、３０００Ｃ七个温度点的Ｃ．ｖ特性。（２）其１／Ｃ３Ｖ曲线呈线性，说明结为线性缓变结，由此推导出ｌ｝；｝和２≠≠器件的浓度梯度分别为１．９８Ｅ＋２２ｃｍ。４和２．２５Ｅ＋２２ｃｍ４。由Ｃ．ｖ数据计算得到１＃和２＃器件内建电势差分别为３．８５Ｖ，３．７６Ｖ。参考文献参考文献１刘榴娣，倪国强，钟生东，方庆豁，王毅．紫外线的应用、探测及其新发展．光学技术．１９９８，２：８７－９０２ＦｉｇｕｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＢ．Ｄ．Ｎｅｎｅｒ（ｐｒｉｖａｔｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）．ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷｅｓｔｅｍＡｕｓｔｒａｌｉａＪ。Ｆ．Ｈｏｃｈｅｄｅｚ，Ｐ．Ｂｅｒｇｏｎｚｏ，Ｍ．Ｃ。Ｃａｓｔｅｘ，Ｐ．Ｄｈｅ２：＇ｏ．Ｈａｉｎａｕｔ，Ｍ．Ｓａｃｃｈｉｊ。Ａｌｖａｒｅｚ，Ｈ，Ｂｏｙｅｒ，Ａ．Ｄｅｎｅｕｖｉｌｌｅ，Ｐ．Ｇｉｂａｒｔ，Ｂ．Ｇｕｉｚａｒｄ，Ｊ．Ｐ．Ｋｌｅｉｄｅｒ，Ｐ．Ｌｅｍａｉｒｅ，Ｃ．Ｍｅｒ，Ｅ．Ｍｏｎｒｏｙ，Ｅ．Ｍｕｎｏｚ，ＰＭｕｒｅｔ，Ｆ．Ｏｍｎｅｓ，几．Ｐａｕ，Ｖ，Ｒａｌｃｈｅｎｋｏ＇Ｄ．Ｔｍｍｓｏｎ，Ｅ．Ｖｅｒｗｉｃｈｔｅ，ＪＣＶｉａｌ．ＤｉａｍｏｎｄＵＶＤｅｔｅｃｔｏｒｓｆｏｒｆｕｔｕｒｅｓｏｌａｒｐｈｙｓｉｃｓｍｉｓｓｉｏｎｓ．ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００１，１０：６７３－６８０４ＨＭｏｒｋｏｃ，Ｎｉｔｒｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄｄｅｖｉｃｅｓ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ．１９９９５Ｐ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ，Ｔ．Ｄａｎｇ，ＧＳｍｉｔｈ，Ｔ．Ｐｉｃｋｅｎｐａｕｇｈ，Ｐ．Ｇｅｈｒｅｄ，Ｃ．Ｌｉａｏｎ．ＳｏｌａｒｂｌｉｎｄＵＶｒｅｇｉｏｎａｎｄＵＶｄｅｔｅｃｔｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ６ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ．Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ．１９９９，３６２９：２３０－２４８ｖａｐｏｒｐｈａｓｅｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈｏｆａＨ．Ａｍａｎｏ，Ｎ．Ｓａｗａｋｉ，Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ，Ｙ．Ｔｏｙｏｄａ．ＭｅｔａｌｏｒｇｕｎｉｃｑｕａｌｉｔｙＧａＮｆｉｌｍｕｓｉｎｇａｌｌｈｉｇｈＡＩＮｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｃｔｔ．１９８６，４８：３５３～３５５ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎＭｇ－ｄｏｐｅｄＧａｂ］ｔｒｅａｔｅｄｗｉｔｈ７Ｈ．ｍｌｎａｎｏ，Ｍ．Ｋｉｔｏ，ｋＨｉｒａｍｕｔｓｕ，Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ．ｐ－ｔｙｐｅｌｏｗｅｎｅｒｇｙｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ（ＬＥＥＢＩ）．Ｊｐｎ．Ｊ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９８９，２８：Ｌ２１１２８ＳＮａｋａｍｕｒａ’Ｎ．１ｗａｓａ，Ｍ．Ｓｅｎｏｈ’Ｔ．Ｍｕｋａｉ．Ｈｏｌｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ］ｐｎ．Ｊ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９９２，３１：１２５８ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐ－ｔｙｐｅＧａＮｆｉｌｍｓＭ．ＡｓｉｆＫｈａｎ，Ｊ．Ｎ．Ｋｕｚｎｉａ，Ｄ．Ｔ．Ｏｌｓｏｎ，Ｊ．Ｍ．ＶａｎｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｅｐｉｌａｙｅｒｓｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｓｅｎｓｏｒｓＨｏｖｅ，Ｍ．Ｂｌａｓｉｎｇａｍｅ，Ｌｉ．Ｆ．Ｒｅｉｔｚ．Ｈｉｇｈ－ｂａｓｅｄｏｎｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｓｉｎｇｌｅ·ｃｒｙｓｔａｌＧａＮＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９２，６０（２３）：２９１７－２９１９１０Ｍ．ＡｓｉｆＫｈａｎ，Ｊ．Ｎ．Ｋｕｚｎｉａ，Ｄ．Ｔ．Ｏｌｓｏｎ，Ｍ．Ｂｌａｓｉｎｇａｍｅ，Ａ．Ｒ．Ｂｈａｔｔａｒａｉ．ＳｃｈｏＲｋｙｂａｒｒｉｅｒｐｈｏｔｏ·ｄｅｔｅｃｔｏｒｂａｓｅｄＩ１０ｎＭｇ－ｄｏｐｅｄｐ－ｔｙｐｅＧａＮｆｉｌｍｓ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９３，６３（１８）：２４５５－２４５６Ｊ．Ｓｕｎ，Ｊ．Ｗ．Ｙａｎｇ．Ｖｉｓｉｂｌｅ－ｂｌｉｎｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｂａｓｅｄｏｎＱ．Ｃｈｅｎ，Ｍ，Ａ．Ｋｈａｎ，ＣＧａＮｐ－ｎｊｕｎｃｔｉｏｎｓ．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ．１９９５，３１（２０）：１７８１～１７８２Ｘ．Ｚｈａｎｇ，Ｐ．Ｋｕｎｇ，Ｄ，Ｗａｌｋｅｒ，Ｊ．Ｐｉｏｔｒｏｗｓｋｉ，Ａ．Ｒｏｇａｌｓｋｉ，Ａ．Ｓａｘｌｅｒ，ＭＲａｚｅｇｈｉ．ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｆｆｅｃｔｓｉｎＧａＮｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｐ－ｎｊｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，Ｌｅｆｔ．１９９５，（６７）：２０２８～２０３０．４５．北京工业大学工学硕士学位论文１３苑进社，陈光德，张显斌．ＧａＮ基半导体太阳盲区紫外探测器研究进展．半导体光电．２００３．２４（１）：５－１１１４黄德修．半导体光电子学．电子科技火学出版社．１９９４：１８６～１８８１５【美】Ｗ．Ｔ．Ｔｓａｎｇ．半导体光检测器．杜宝勋等译．电子工业出版杜．清华火学出版社．１９９２：１９６－－２０２１６ＡＧｒｏｖｅ—Ｓ．ＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ１７Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅ．ＰｈｙｓｉｃｓｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ１８Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ，ＳｈｏｒｔｏｆｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓ．ＷｉｌｅｇＮｅｗＹｏｒｋＤｅｖｉｃｅｓ．Ｗｉｌｅｙ，ＮｅｗＹｏｒｋ．ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＳｏｌａｒＢｌｉｎｄＤｅｔｅｃｔｏｒｓ：Ｓｔａｔｕｓ，Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ，ａｎｄＭａｒｋｅｔｓ，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＩＥＥＥ，ＷｉｄｅＢａｎｄｇａｐＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓ：ＴｈｅＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｍｅｓｏｆＡｇｅ，２００２，９０（６）：１０１０１９ＹＫ．Ｓｕ，Ｓ．Ｊ．Ｃｈａｎｇ，Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｊ．ＥＣｈｅｎ，Ｇ．Ｃ．Ｃｌｆｉ，Ｊ．Ｋ．Ｓｈｅｕ，Ｗ．Ｃ．Ｌａｉ，Ｊ．Ｍ．Ｔｓａｉ．Ｇａ．ＮＭｅｔａｌ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ－ＭｅｔａｌＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＳｅｎｓｏｒｓＷｉｔｈＶａｒｉＯＵＳＣｏｎｔａｃｔＥｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．ＩＥＥＥＳｅｎｓｏｒｓＪｏｕｒｎａｌ，２００２，２（４）：３６６－３７１２０Ｄ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｖ．Ｋｕｍａｒ，ＩＬＭｉ，Ｐ．Ｋｕｎｇ，Ｘ．Ｈ．Ｚｈａｎｇ。Ｍ．Ｒａｚｅｇｌｌｉ．Ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄｗｉｔｈｖｅｒｙｌｏｗｃｕｔｏｆｆＡＩＧａＮｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ．Ａｐｐｌ．ＰｈｙＳ．Ｌｅｔｔ．２０００，７６（４）：４０３，－，４０５ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄ２１Ｃ．Ｊ．Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｕ．Ｃｈｏｗｄｈｎｒｙ，Ｍ．Ｍ．Ｗｏｎｇ，Ｂ．Ｙａｎｇ，Ａ．Ｌ．Ｂｅｃｋ，ＩＬＤ．Ｄｕｐｕｉｓ．ＩｍｐｒｏｖｅｄｄｅｔｅｃｔｉｖｉｔｙｕｓｉｎｇａＮＡＩｘＧａｌ．ｘＮｈｅｔｅｍｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００２．８０（２０）：３７５４～３７５６２２Ｅ．Ｊ．Ｔａｒｓａ，Ｐ．Ｋｏｚｏｄｏｙ，Ｊ．Ｉｂｂｃｔｓｏｎ，Ｂ．Ｐ．Ｋｅｌｌｅｒ．Ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅＡｌＧａＮ－ｂａｓｅｄｉｎｖｅｒｔｅｄｈｅｔｅｒｏ．Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２０００，７７（３）：３１６－－３１８２３白谢辉，杨定江．半导体紫外探测器技术进展．激光与红外．２００３。３３（２）：８３～８５２４Ｅ．Ｌ．Ｐｉｎｅｒ，Ｆ．Ｇ．Ｍｃｈａｔｏｓｈ，Ｊ．Ｃ．Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ｍ．Ｅ．Ａｕｍｅｒ，Ｖ．Ａ．Ｊｏｓｈｋｉｎ，Ｓ．Ｍ．Ｂｅｄａｉｒ，Ｎ．Ａ．Ｅ１．Ｍａｓｒｙ．ＧｒｏｗｔｈａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＩｎＧａＮａｎｄＡＩＩｎＧａＮｔｈｉｎｆｉｌｍｓｏｎ（Ｏ００１）Ｓａｐｐｈｉｒｅ．ＭＲＳＩｎｔｅｍｅｔＪ．ＮｉｔｒｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．１９９６，１（４３）２５Ｒ．ＭｃＣｌｉｎｔｏｃｋ，Ｐ．Ｓａｎｄｖｉｋ，Ｋ．Ｍｉ，Ｆ．Ｓｈａｈｅｄｉｐｏｕｒ，Ａ．Ｙａｓａｎ，Ｃ．Ｊｅｌｅｎ，Ｐ．Ｋｕｎｇ，ａｎｄＭ．Ｒａｚｅｇｈｉ．ＡＩＧａＮｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｄｅｖｉｃｅｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｉｎＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ：ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｖｉｃｅｓＶＩ，Ｇ．Ｊ．ＢｒｏｗｎａｎｄＭ．Ｒａｚｅｇｈｉ，ＥｄｓＢｅｌｌｉｒＩｇｈ锄，ＷＡ：ＳＰＩＥ，２００１，４２８８，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ：２１９～２２９２６Ｐ．Ｋｕｎｇ，Ｘ．Ｚｈａｎｇ，Ｄ．Ｗａｌｋｅｒ，Ａ．Ｓａｘｌｅｒ，ａｎｄＭ。ｒｏａｚｅｇｈｉ．ＧａＮｒｅｊｅｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ，ｉｎＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ：Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．４６．ｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓｗｉｔｈｈｉｇｈｖｉｓｉｂｌｅ－ｔｏ－ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔａｎｄＤｅｖｉｃｅｓＩＩＩ，Ｇ．Ｊ．Ｂｒｏｗｎ，参考文献Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ，Ｅｄｓ．Ｂｅｌｌｉｎｇｈ∞，ＷＡ：ＳＰＩＥ，１９９８，３２８７，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ：２１４～２２０２７ＥＭｏｍｏｙ，Ｍ．Ｈａｍｉｌｔｏｎ，Ｄ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｐ．Ｋｕｎｇ，Ｆ．Ｊ．Ｓａｎｃｈｅｚ，Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ．Ｈｉ曲一ｑｕａｌｉｔｙｖｉｓｉｂｌｅ－ｂｌｉｎｄＡＩＧａＮＰ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９９，７４（８）：１１７１～１１７３２８Ｄ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｐ，Ｋｕｎｇ，Ｐ．Ｓａｎｄｖｉｋ，Ｊ．Ｗｕ，Ｍ．Ｈａｍｉｌｔｏｎ，１．·Ｈ．Ｌｅｅ，Ｊ．Ｄｉａｚ，Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ．ＡＩＧａＮｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓａｎｄｏｎＰ－ｉ·ｎｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ，ｉｎＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ：ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｖｉｃｅｓⅣ，Ｇ．ＪＢｒｏｗｎＭ．Ｒａｚｅｇｈｉ，Ｅｄｓ．Ｂｅｌｌｉｎｇ．ｈａｍ，ＷＡ：ＳＰＩＥ，１９９９，３６２９，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ：１９３～１９８Ｌｉ，Ｐ．Ａ．Ｇｒｕｄｏｗｓｋｉ，Ｃ．Ｊ．Ｅｉｔｉｎｇ’Ｄ．Ｌａｍｂｅｒｔ，Ｊ．Ｄ．Ｓｃｈａｕｂ，Ｒ，Ｄ．Ｄｕｐｕｉｓ，Ｊ，Ｃｏｎ２９Ｊ．Ｃ．Ｃａｒｒａｎｏ，ＴＣａｍｐｂｅｌｌ，Ｌｏｗｄａｒｋｃｕｎ＇ｅｎｔｐｍｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄＧａＮｇｒｏｗｎｂｙｍｅｌａｌ－ｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．１９９８，３４（７）：６９２～６９４３０Ｇ．Ｐａｒｉｓｈ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒ，Ｐ．Ｋｏｚｏｄｏｙ，Ｊ．Ｐ．Ｉｂｂｅｔｓｏｎ，Ｈ．Ｍａｒｃｈａｎｄ，Ｐ．Ｔ．Ｆｉｎｉ，Ｓ．Ｂ．Ｆｌｅｉｓｃｈｅｒ，Ｓ．Ｐ．Ｄｅｎ－Ｂａａｒｓ，Ｕ．ｋＭｉｓｈｒａ，Ｅ．Ｊ．Ｔａｒｓａ．Ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（Ａｌ，Ｇａ）Ｙ－ｂａｓｅｄｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐ－ｉ－ｎｄｅｔｅｃｔｏｒｓｏｎｌａｔｅｒａｌｌｙｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙｏｖｅｒｇｒｏｗｎＧａＮ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９９．７５（２）：２４７４２４９ｐｈｏｔｏ—３１Ｃ．Ｐｅｍｏｔ，Ａ．Ｈｉｒａｎｏ，Ｍ．１ｗａｙａ，Ｔ．Ｄｅｔｃｈｐｍｈｍ，Ｈ．Ａｎｌａｎｏ，１．Ａｋａｓａｋｉ，Ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄＵＶｄｅｔｅｃｔｏｒｓｂａｓｅｄｏｎＧａＮ／ＡＩＧａＮｐ－ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２０００，３９（５）：Ｌ３８７～Ｌ３８９３２Ｔ．Ｌｉ，Ｓ．Ｗａｎｇ，Ａ．Ｌ．Ｂｅｃｋ，Ｃ，Ｊ．Ｃｏｌｌｉｎｓ，Ｂ．Ｙａｎｇ，ＩＬＤ．Ｄｕｐｕｉｓ，Ｊ．Ｃ．Ｃａｒｒａｎｏ，Ｍ，Ｊ．Ｓｃｈｕｒｍａｎ，Ｉ．Ｔ．Ｆｅｒｇｕｓｏｎ－Ｊ．Ｃ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ．ＨｉｇｈｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙＡｌＧａＮ／ＧａＮ－ｂａｓｅｄｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＰ·ｉ－ｎｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｗｉｔｈａｒｅｃｅｓｓｅｄｗｉｎｄｏｗｓｔｒａｃｔｕｒｅ．ｉｎＰｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ：ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｖｉｃｅｓＶ，Ｇ，Ｊ．Ｂｒｏｗｎ，Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ＇Ｅｄｓ．Ｂｅｌｌｍｇｈａｍ，ＷＡ：ＳＰⅢ，２０００，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ：３０４～３１０３３苏现军，王武杰，赵岚．王宏杰，吕福云．ＧａＮ基可见盲紫外探测器及其研究进展．量子电子学报．２００４，２１（４）：４０６～４１０３４Ｄ．Ｗａｌｋｅｒ，Ａ．Ｓａｘｌｅｒ，Ｐ．Ｋｕｎｇ，Ｘ．Ｚｈａｎｇ，ＭＨａｍｉｌｔｏｎ，Ｊ．Ｄｉａｚ，Ｍ．Ｒａｚｅｇｈｉ．Ｖｉｓｉｂｌｅｐ‘ｍｂｌｉｎｄＧａＮｐｈｏｔｏｄｉｎｄｅｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，Ｌｅｔｔ．１９９８，７２（２５）：３３０３～３３０５Ｓａｌｖａｄｏｒ，Ｗ．Ｋｉｍ，Ｚ．Ｆａｎ，Ｃ．Ｌｕ，Ｈ．Ｔａｎｇ，Ｈ．Ｍｏｒｋｏｃ，ＧＳｍｉｔｈ，Ｍ．Ｅｓｔｅｓ，Ｂ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇ，ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗｎｏｉｓｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓｂａｓｅｄｏｌｌ３５ＧＹＸｕ。ＡＷＹａｎｋ，Ｓ．Ｋｒｉｓｈｎａｎｋｍｔｙ．ＨｉｇｈＧａｂｌｐ－ｉ·ｎａｎｄＡＩＧａＮ（ｐ）·ＧａＮ（ｉ）一ＧａＮ（ｎ）ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９７，７１（１５）：２１５４４２１５６３６Ｊ．Ｍ．ＶａｎＨｏｖｅ，Ｒ．Ｎｉｃｋｍａｎ，Ｊ．Ｊ．Ｋｌａａｓｓｅｎ，Ｐ．ＰＣｈｏｗ，Ｐ．ＥＲｕｄｅｎ．Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｖｉｓｉｂｌｅ·ｂｌｉｎｄＧａＮｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｍｏｌｅｃｕｌａｒＬｅｎ１９９７．７０（１７）：ｂｅａｔｐ，ｅｐｉｔａｘｙ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ２２８２～２２８４３７Ｈ．ＷＪａｎｇ，Ｋ．Ｈ，Ｋｉｍ，Ｊ．Ｋ．Ｋｉｍ，Ｓ．Ｗｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｒｍａｌｌｙ—ｓｔａｂｌｅＨｗａｎｇ，Ｊ．Ｊ．Ｙａｎｇ，Ｋ．ＪＬｅｅ，Ｓ．Ｊ．Ｓｏｎ。Ｊｏｎｇ—ＬａｍＬｅｅ，Ｌｏｗ—ｃｏｎｔａｃｔ０１１ｏｈｍｉｃｐ－ｔｙｐｅＧａＮｕｓｉｎｇＰｄ／Ｎｉｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ．．４７．北京工业大学工学硕士学位论文Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００１，７９（１２）：１８２２～１８２４３８江月松．光电技术与实验．北京理工大学出版社．２０００：３３６～３３７３９Ｖ．Ａ，Ｄｍｉｔｒｉｅｖ．ＧａＮＢａｓｅｄｐ－ｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＧｒｏｗｎＮｉｗｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＲｅｓｅａｒｃｈ．１９９６，１（２９）４０ＫＬ．Ａｓｈｌｅｙ，Ａ．ＧＯＮＳｉＣＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ．ＭＲＳＬｎｔｅｍｅｔＪｏｕｒｎａｌｃｆＭｉｌｎｅｓ．Ｄｏｕｂｌｅ蜘ｅｃｔｉｏｎｉｎＤｅｅｐ—ＬｙｉｎｇＩｍｐｕｒｉｔｙＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．／．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ１９９４（３５）：３６９～３７４４１Ｃ．Ｓａｈ，Ｒ．Ｎ．Ｎｏｙｅｃ，、Ⅳ．Ｓｈｏｃｋｌｅｙ．Ｃａｒｒｉｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｉｎｐｎ－ｊｕｎｅｔｉｏｎｓａｎｄｐｎｄｕｎｃｆｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｐｒｏｃ．ＩＲＥ，４５．１９５７：１２２８～１２４３４２刘恩科，朱秉升，罗晋升．半导体物理学．西安交通大学出版社．１９９８．４８．舅目—■寞—●舅目■Ｅ—■■葛ＩＩＩＩ攻读硕士学位期间发表的学术论文Ｉ１Ｈｉ曼皇—曼曼■皇鼍攻读硕士学位期间发表的学术论文ｌ徐立国，谢雪松，吕长志．冯士维．Ｇ州基紫外光探测器研究进展．半导体光电２００４，２５（６）２吕长志，冯士维，王东风，张小玲，谢雪松，何炎，张浩，徐立国，袁明文，李效白，曾庆明．三种纵向结构的ＭＧａＮ／ＧａＮＨＦＥＴ的性能比较．第十三届全国化合物半导体材料、微波器件和光电器件学术会议，大连市，２００４．．４９．北京工业大学工学硕士学位论文致谢感谢所有给予我指导和帮助的老师们，是你们的辛勤劳动使我能在北京工业大学完成硕士学业的学习。衷心感谢我的导师吕长志老师，吕老师严谨的科学作风和宽厚待人的风范将使我终身受益！感谢谢雪松、冯士维、张晓玲老师的指导和帮助！感谢李志国、张万荣、程尧海老师的指导和帮助！感谢一起学习生活的可靠性实验室的全体同学．感谢他们三年来对我生活和学习上的关心和帮助！感谢评阅和审议本论文以及参加论文答辩的专家教授！感谢我的父母，我的姐姐和妹妹，谢谢她们对我的关心和支持！徐立国２００５年５月GaN基pin型紫外探测器的研究

作者：

学位授予单位：

徐立国

北京工业大学

1.刘榴娣.倪国强.钟生东.方庆喆.王毅 紫外线的应用、探测及其新发展 1998(02)2.Figure provided by B.D,Nener(private communication) 2001

3.J F Hochedez.P Bergonzo.M C Castex.P. Dhez, O. Hainaut, M. Sacchi, J. Alvarez, H. Boyer, A.Deneuville, P. Gibart, B. Guizard, J.P. Kleider, P. Lemaire, C. Mer, E. Monroy, E. Munoz, P. Muret,F. Omnes, JL. Pau, V. Ralchenko, D. Tromson, E. Verwichte, J C Vial Diamond UV Detectors for futuresolar physics missions 2001(10)

4.H Morkoc Nitride semiconductors and devices 1999

5.P Schreiber.T Dang.G Smith.T. Pickenpaugh, P. Gehred, C. Litton Solar blind UV region and UVdetector development objectives 1999

6.H Amano.N Sawaki.I Akasaki.Y. Toyoda Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high qualityGaN film using an AIN buffer layer 1986

7.H Amano.M Kito.K Hiramutsu.I. Akasaki p-type conduction in Mg-doped GaN treated with low energyelectron beam irradiation(LEEBI) 19

8.S Nakamura.N Iwasa.M Senoh.T. Mukai Hole compensation mechanism of p-type GaN films 19929.M Asif Khan.J N Kuznia.D T Olson.J.M. Van Hove, M. Blasingame, Li.F. Reitz High responsivityphotoconductive ultraviolet sensors based on insulating single-crystal GaN epilayers 1992(23)10.M Asif Khan.J N Kuznia.D T Olson.M. Blasingame, A.R. Bhattarai Schottky barrier photo detectorbased on Mg-doped p-type GaN films 1993(18)

11.Q Chen.M A Khan.C J Sun.J.W. Yang Visible-blind ultraviolet photodetectors based on GaN p-njunctions 1995(20)

12.X Zhang.P Kung.D Walker.J. Piotrowski, A. Rogalski, A. Saxler, M. Razeghi Photovoltaic effects inGaN structures with p-n junctions 1995(67)

13.苑进社.陈光德.张显斌 GaN基半导体太阳盲区紫外探测器研究进展[期刊论文]-半导体光电 2003(1)14.黄德修 半导体光电子学 1994

15.W T Tsang.杜宝勋 半导体光检测器 1992

16.A Grove S Physics and Technology of Semiconductor Devices17.S M Sze Physics of Semiconductor Devices

18.M Razeghi Short Wavelength SolarBlind Detectors:Status,Prospects,and Markets 200219.Y K Su.S J Chang.C H Chen.J.F. Chen, G.C. Chi, J.K. Sheu, W.C. Lai, J.M. Tsai GaN Metal-Semiconductor-Metal Ultraviolet Sensors With Various Contact Electrodes 2002(04)

20.D Walker.V Kumar.K Mi.P. Kung, X.H. Zhang, M.Razeghi Solar-blind AlGaN photodiodes with very lowcutoff wavelength 2000(04)

21.C J Collins.U Chowdhury.M M Wong.B. Yang, A.L. Beck, R.D. Dupuis Improved solar-blind detectivityusing an AlxGa1-xN heterostruction p-i-n photodiode 2002(20)

22.E J Tarsa.P Kozodoy.J Ibbetson.B.P. Keller Solar-blind AlGaN-based inverted hetero- structurePhotodiodes 2000(03)

23.白谢辉.杨定江 半导体紫外探测器技术进展[期刊论文]-激光与红外 2003(2)

24.E L Piner.F G McIntosh.J C Roberts.M. E. Aumer, V.A. Joshkin, S. M. Bedair, N. A. El- Masry Growth and properties of InGaN and AlInGaN thin films on (0001) Sapphire 1996(43)

25.R McClintock.P Sandvik.K Mi.F. Shahedipour, A. Yasan, C.Jelen, P. Kung, M. Razeghi AlGaNmaterials and devices technology for solar-blind ultraviolet photodetector applications 200126.P Kung.X Zhang.D Walker.A. Saxler, M. Razeghi GaN p-i-n photodiodes with high visible-to-ultraviolet rejection ratio 1998

27.E Monroy.M Hamilton.D Walker.P. Kung, F. J. Sanchez, M. Razeghi High-quality visible blind AlGaNp-i-n photodiodes 1999(08)

28.D Walker.P Kung.P Sandvik.J. Wu, M. Hamilton, I.-H. Lee, J. Diaz, M. Razeghi AlGaN p-i-nphotodiodes on sapphire substrates 1999

29.J C Carrano.T Li.P A Grudowski.C. J. Eiting, D. Lambert, J.D. Schaub, R. D. Dupuis, J. C.Campbell Low dark current pin ultraviolet photodetectors fabricated on GaN grown by metal -organicchemical vapor deposition 1998(07)

30.G Parish.S Keller.P Kozodoy.J. P. Ibbetson, H. Marchand, P.T.Fini, S. B. Fleischer, S. P. Den-Baars, U. K. Mishra, E. J. Tarsa High-performance (Al,Ga)N-based solar-blind ultraviolet p-i-ndetectors on laterally epitaxially overgrown GaN 1999(02)

31.C Pernot.A Hirano.M Iwaya.T. Detchprohm, H. Amano, I. Akasaki Solar-blind UV photo detectorsbased on GaN/AlGaN p-i-n photodiodes 2000(05)

32.T Li.S Wang.A L Beck.C. J. Collins, B. Yang, R. D. Dupuis, J. C. Carrano, M. J. Schurman, I. T.Ferguson, J. C. Campbell High quantum efficiency AlGaN/GaN-based ultraviolet p-i-n photodetectorswith a recessed window structure 2000

33.苏现军.王武杰.赵岚.王宏杰.吕福云 GaN基可见盲紫外探测器及其研究进展[期刊论文]-量子电子学报 2004(4)34.D Walker.A Saxler.P Kung.X. Zhang, M. Hamilton, J. Diaz, M. Razeghi Visible blind GaN p-i-nphotodiodes 1998(25)

35.G Y Xu.A Salvador.W Kim.Z. Fan, C. Lu, H. Tang, H. Morkoc, G. Smith, M. Estes, B. Goldberg, W.Yank, S. Krishnankutty High speed,low noise ultraviolet photodetectors based on GaN p-i-n and AlGaN(p)-GaN(i)-GaN(n) structures 1997(15)

36.J M Van Hove.R Nickman.J J Klaassen.P.P. Chow, P.P. Ruden Ultraviolet-sensitive visible-blind GaNphotodiodes fabricated by molecular beam epitaxy 1997(17)

37.H W Jang.K H Kim.J K Kim.S.W. Hwang, J. J. Yang, K. J. Lee, S.J. Son, Jong-Lam Lee Low resistanceand thermally-stable ohmic contact on p-type GaN using Pd/Ni metallization 2001(12)38.江月松 光电技术与实验 2000

39.V A Dmitriev GaN Based p-n Structures Grown on SiC Substrates 1996(29)

40.K L Ashley.A G Milnes Double Injection in Deep-Lying Impurity Semiconductor 1994(35)

41.C Sah.R N Noyce.W Shockley Carrier generation,and recombination in ph-junctions and pn-junction

Characteristics 1957

42.刘恩科.朱秉生.罗晋生 半导体物理学 1998

1.期刊论文 刘宗顺.赵德刚.朱建军.张书明.沈晓明.段俐宏.杨辉.Liu Zongshun.Zhao Degang.Zhu Jianjun.Zhang Shuming.Shen xiaoming.Duan lihong.Yanghui 氮化镓肖特基结紫外探测器的异常特性测量 -高技术通讯2005,15(10)

测量了GaN肖特基结紫外探测器在有、无光照下的I-V异常特性.分别用362nm和368nm光束对有源区进行横向扫描,得到了光照不同部位时探测器在无偏压、2V反向偏压下的电流.紫外光照到肖特基结压焊电极附近及透明电极边沿附近区域时,探测器在反向偏压下有较大增益,空间响应均匀性变差,在禁带内有两个增益响应峰波长--3nm和368nm.探测器在810nm光照射下,反向偏压下的光响应增益、持续光电导存在光淬灭现象.探测器紫外光照完后,俘获中心及表面陷阱所俘获的部分电荷在高反向偏置电压下老化可以通过隧穿或发射效应释放出来,经过高反向偏置电压老化完后的探测器在同一低反向偏置电压下暗电流比老化前的要小.测量结果为GaN器件的研制提供了参考数据.

2.学位论文 谢雪松 氮化镓基p-i-n结构紫外探测器研究与应用 2007

在电磁辐射波谱中紫外线辐射的波长范围为10～400nm。紫外辐射具有与可见光和红外辐射完全不同的特性，紫外辐射的应用正在成为人们继红外辐射之后的又一个研究热点。在紫外天文学、火灾探测、紫外线通讯、紫外线制导、紫外线告警等民用和军用领域，紫外辐射的应用已经显露出诱人的前景。 紫外探测器是所有的紫外线应用都必需的重要器件，分为电真空紫外探测器和半导体固态紫外探测器两类，其中由半导体材料制成的固态紫外探测器具有低功耗、不需光学滤波器等诸多优点。目前常用的半导体固态紫外探测由硅材料制成，常温下硅材料的禁带宽度只有1.12eV，将其应用于探测紫外辐射需要光学滤波器，这会带来诸多负面影响。 近年来人们探索将宽带隙半导体材料应用于紫外辐射的探测，主要是Ⅲ族氮化物，包括AlN、GaN、InN及其三元合金。纤锌矿结构的AlN、GaN、InN都为直接带隙半导体，其禁带宽度分别为6.2eV、3.4eV和1.9eV，他们的三元固溶体合金体系对应的波长覆盖了从红外到远紫外光的范围。 目前，Ⅲ族氮化物的在半导体器件方面的应用，还存在材料生长、掺杂、欧姆接触等方面问题，有待研究解决。 本文就GaN基材料应用于制备p-i-n结构紫外探测器进行了研究，主要工作如下： 1、通过对p-i-n结构光电探测器工作原理的理论分析，结合GaN材料特性，综合p-i-n光电探测器各性能指标间的相互制约关系，提出了优化设计GaN基p-i-n结构紫外探测器的方法。 2、对用RMBE生长的GaN外延材料进行了显微结构分析、PL谱测量、霍尔测量，保证了本论文所采用的RMBE生长的GaN外延材料可以用于光电探测器件的制备。在对其中一块材料的PL谱测量时观测到了标志Ga空位的黄光峰，并避免了这块材料用于制备探测器。 3、对n-GaN的欧姆接触及其温度稳定性进行了研究。优化了具有最低欧姆接触电阻率的Ti/Al/Ni/Au(30nm/150 nm/50 nm/50nm)金属化系统，其室温下的电阻率为30.6×10<'-7>Ω cm<'2>提出了温度稳定性较好的Cr/Au/Ni/Au(20nto/40hm/60hm/50hm)金属化系统，在室温下电阻率为2.63×10<'-4>Ωcm<'2>，300℃时的电阻率为6.5×10<'-4>Ωcm<'2>。其优化的退火条件均为N<,2>环境中，850℃，30秒。 4、对p-GaN的欧姆接触金属进行不同淀积方法和不同退火条件的研究。提出了p-GaN欧姆接触用电子束蒸发形成的Ni/Au(20hm/20hm)双层金属结构，室温下电阻率为3.6×10<'-2>Ωcm<'2>。提出将二次退火工艺应用于p-GaN欧姆接触制备工艺中。退火条件为N<,2>:O<,2>=2L/min：0.5L/min气氛环境，预退火温度450℃，时间300秒；再退火温度520℃，时间300秒。 5、设计并制备了两种纵向结构，两种横向结构共四种p-i-n型紫外光探测器，对其中两种大入光面积的样品进行了不同温度下的I-V特性测量与分析。对其中以GeuN材料作i层的紫外探测器，计算得到室温下理想因子为2.09，随温度升高，理想因子先大后小，在300℃时理想因子为1.28，在100℃时有最大值2.135；当样品通过1mA电流时其正向压降的温度系数：0～300℃为-1.97mV/℃，-223℃～-23℃为-1.76mV/℃。 6、提出双注入模型适用于研究以GaN这样的宽禁带材料作i层的p-i-n结构的电流电压关系，并根据双注入模型计算得到i区的深能级激活能为0.1343eV。 7、通过测量不同温度下的C-V特性，发现在高温段，结电容随温度升高而增大；首次发现低温段结电容与温度关系的新现象，并作出了适当解释。通过C-V关系数据计算得到50℃时内建电势差为2.72V。 8、对研制的以GaN材料作i层的紫外探测器进行的光电特性测量表明，反偏电压5V时，在367nm处获得峰值响应度为0.115A/W，量子效率为38.996，归一化探测度为2.14×10<'11>cmHz<'1/2>W<'-1>，室温下暗电流在反偏电压10V、3V、1V时分别为0.28nA、6.68pA、3.13pA，均处于国内先进水平。 9、对研制的以Al<,0.4>Ga<,0.6>材料作i层的紫外探测器进行的光电特性测量表明，反偏电压5V时，在276nm处获得峰值响应度为0.076A/W，量子效率为34％。以276nm为中心向两边各25nm，响应度均迅速减小两个数量级。将p-i-n结构紫外探测器的峰值响应波长降至280nm以下，实现了GaN基p-i-n结构日盲型紫外探测器。 10、应用本论文制备的紫外探测器设计制作了紫外光功率计，用于检测紫外光刻机光场均匀性，获得满意的实用效果，证明本论文研制的GaN基p-i-n紫外探测器具有实用价值。 紫外辐射的研究与应用一定会像红外辐射的广泛应用一样，在国防与国民经济各个领域发挥重要作用。紫外辐射与探测方面的深入研究将使我们在这一领域处于国际先进水平。

3.期刊论文 姜文海.陈辰.周建军.李忠辉.郑惟彬.董逊.Jiang Wenhai.Chen Chen.Zhou Jianjun.Li Zhonghui.Zheng Weibin.Dong Xun MSM型氮化镓紫外探测器研究 -光电子技术2009,29(1)

以宽禁带半导体氮化镓材料制备了金属一半导体一金属型的紫外光电探测器.材料生长是以MOCVD设备完成的,为非故意掺杂的n型材料.器件在362nm处具有陡峭的截止边,表现出可见盲特性,在1.5 V偏压下响应度为0.71 A/W,紫外/可见抑制比接近103.通过击穿单侧肖特基结对另一侧的肖特基结进行测试,结果表明肖特基结具有较理想的特性,并以此对器件的工作方式和设计优化进行了讨论分析.

4.学位论文 亢勇 氮化镓基半导体紫外探测器的制备与研究 2003

氮化镓(GaN)基宽禁带半导体材料是制备高温、高功率、高频电子器件以及发光管、紫外探测器等光电子器件的重要材料.GaN基发光管在节约能源方面有着巨大的应用前景.而使用GaN基半导体光子探测器代替真空管进行紫外探测,也有其重大的应用背景.该文对GaN基紫外探测器的一些基础问题进行了探索.首先对金(Au)在GaN中的扩散行为进行了实验和理论的探讨.在该征GaN外延层上制备了金属-半导体-金属交叉指型肖特基探测器,并研究了真空热退火对器件的伏安特性的影响.使用该征GaN外延材料制备了24元光导线列探测器.器件的响应率不均匀性为18﹪,响应率远大于1A/W,但存在持续光电导现象,响应速度比较慢,约93ms.使用p-GaN/i-Al<,0.1>Ga<,0.9>N/n-GaN异质结构外延材料制备了台面结构的元线列探测器芯片,并与专用硅CMOS读出电路进行了互联,获得了双列直插扁平封装的元线列焦平面器件.探测器芯片的单元最大响应率约为8.6×10<'-4>A/W.

5.期刊论文 李向阳.许金通.汤英文.李雪.张燕.龚海梅.赵德刚.杨辉.LI Xiang-yang.XU Jin-tong.TANG Ying-wen.LI Xue.ZHANG Yan.GONG Hai-mei.ZHAO De-gang.YANG Hui GaN基紫外探测器及其研究进展 -红外与激光工程2006,35(3)

宽禁带半导体材料的研究和突破,带动了各种器件的发展和应用.GaN基紫外探测器具有通过调整材料的配比可以调节器件响应的截止波长的优点,可以制备日盲型紫外探测器.对GaN基宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾,重点介绍了p型材料的制备、金属半导体接触、材料的蚀刻等.最后,对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展及初步获得的32×32紫外焦平面探测器进行了简单介绍.

6.学位论文 王俊 氮化镓紫外探测器研究 2003

由于GaN禁带宽度大、热稳定性和化学稳定性好,在紫外探测器有重要的作用.GaN紫外探测器在飞行器制导、火灾监测、航天等领域有重要的应用价值,在国际上引起广泛的研究兴趣.该文针对各种GaN紫外探测器开展了研究,主要内容归纳如下:1.研究GaN金属接触的特性,尤其是研究Pt、

Ti/Al/Ti/Au的退火行为,寻找合金的优化条件.2.通过PL、XRD、Hall测量研究GaN材料的特性,为GaN基紫外探测器的制作生长高质量的外延材料;经过优化紫外探测器制作的工艺条件,在蓝宝石衬底上制作了GaN基MSM结构、肖特基结构、p-i-n结构紫外探测器,测定了各种GaN紫外探测器I-V、C-V、响应度

和响应时间;经过不断改进,最后制作了暗电流非常小、响应度很大、响应速度很快的GaN基紫外探测器.其中GaN基MSM结构紫外探测器在5V偏压下暗电流为4.3pA,峰值响应度为0.16A/W,在加偏压时存在增益;GaN基肖特基结构紫外探测器在5V偏压时暗电流为0.42nA,零偏时峰值响应度为0.12A/W,响应时间小于2μs;GaN基p-i-n结构紫外探测器在5V偏压时暗电流为3.85pA,零偏时峰值响应度为0.06A/W,响应时间小于2μs.

7.会议论文 李向阳.许金通.汤英文.李雪.张燕.龚海梅.赵德刚.杨辉 GaN基紫外探测器及其研究进展 2005

近期宽禁带半导体材料的研究和突破带动了各种器件的发展和应用;GaN基紫外探测器具有通过调整材料的配比可以调节器件响应的截止波长的优点,可以制备日盲型紫外探测器,得到了人们的极大关注.首先,简单介绍了紫外波段光电探测的基本特点,包括各波段特点、大气吸收等,并介绍了紫外探测的部分应用.然后对GaN基宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾,重点介绍了P型材料的制备、金属半导体接触、材料的蚀刻等方面;最后,对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展作了一些介绍.

8.期刊论文 龚海梅.李向阳.亢勇.许金通.汤英文.李雪.张燕.赵德刚.杨辉.GONG Hai-mei.LI Xiang-yang.KANGYong.XU Jin-tong.TANG Ying-wen.LI Xue.ZHANG Yan.ZHAO De-gang.YANG Hui Ⅲ族氮化物紫外探测器及其研究进展 -激光与红外2005,35(11)

文中简单介绍了紫外波段光电探测的基本特点,包括各波段特点、大气吸收等,并粗略介绍了紫外探测的部分应用.然后对Ⅲ族氮化物宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾,重点介绍了包括P型材料的制备、金属半导体接触、材料的蚀刻等方面;最后,对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展作了一些评述.

9.学位论文 王静 氮化镓外延膜红外椭圆偏振光谱的研究 2005

GaN和Ⅲ族氮化物材料是近年来光电子领域的研究热点，GaN材料生长方面有了重大突破，而在基于GaN材料的高功率LED、脉冲连续LD以及盲阳紫外探测器方面都取得了显著成绩。GaN材料折射率和消光系数色散关系的研究对GaN基器件尤其是考虑多波段垂直组合的紫外红外复合探测器的研制具有十分重要的意义。虽然有部分研究人员已经对GaN红外光学性质做了探讨，但这些研究多采用体材料样品或基于GaN外延层的光学各向同性，且多采用红外反射或拉曼散射的实验方法，得到的实验结果也不尽相同。椭圆偏振法具有测量精度高、非损伤性以及能区分不同物理效应等优点。通过实验测量和随后的数据拟合，不但可以得到GaN材料的光学特征，还可以得到电学方面的信息。鉴于GaN载流子浓度的传统霍耳(Hall)测量方法中，目前尚存在的欧姆接触性能影响测量精度的情况还比较严重，采用红外椭圆光谱的方法研究GaN材料的电学性质显得有其特有的优势。 本文利用红外椭偏光谱法(IRSE)对生长在蓝宝石衬底上的非故意掺杂的GaN外延膜在9.0-12.5μm波段的光学和电学性质进行了研究。通过对椭偏光谱的理论计算，拟合了本征、n型和p型GaN外延膜中的声子振动参量和等离子振荡的频率及阻尼常量，并由此得到了在这一波段GaN各向异性的折射率和消光系数的色散曲线。同时还得到了三种样品的载流子浓度和迁移率，将得到的电学参数同Hall测量结果做了比较，发现载流子浓度值符合较好而电子迁移率相差较大，红外椭偏测量值大概是Hall测量值的二分之一。文中对这一现象，结合了其他研究者的推论做了探讨。

10.会议论文 龚海梅.李向阳.亢勇.许金通.汤英文.李雪.张燕.赵德刚.杨辉 Ⅲ族氮化物紫外探测器及其研究进展 2005

文中简单介绍了紫外波段光电探测的基本特点,包括各波段特点、大气吸收等,并粗略介绍了紫外探测的部分应用.然后对Ⅲ族氮化物宽禁带紫外探测器材料体系的研究进展进行了回顾,重点介绍了包括P型材料的制备、金属半导体接触、材料的蚀刻等方面;最后,对国内外近期的紫外探测器特别是紫外焦平面器件的研究进展作了一些评述.

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