GaN基日盲型紫外光电探测器

摘要

长波截止波长小于280nm的GaN基同盲型光电探测器在生化检测、余焰探测、空间光通讯等军用和民用领域具有巨大的应用潜力，近年来得到了广泛的关注，进行了大量的深入研究。本文介绍了我们在这方面所做的研究工作，着重说明了对实现日盲探测具有重要意义的 GaN 材料的外延生长及掺杂、感应耦合等离子体刻蚀(ICP)和 GaN 欧姆接触的制作这三个方面的实验研究工作情况。 对于 GaN 基日盲型光电探测器这样的新材料、新器件课题而言，器件的制作工艺水平是决定器件性能的一个重要方面，而器件的设计技术水平和晶体生长质量是获得高性能器件的决定性因素。文章首先会介绍 GaN 基同盲型紫外探测器研究的概况，接下来简要分析了本课题采用的探测器的基本结构——“倒装异质结光电二极管”(IHP) p-i-n 型结构的工作原理和特点。文章的第三章介绍了有机金属化学汽相淀积(MOCVD)外延生长 GaN材料工艺，以及通过渐变δ-Mg 掺杂获得高浓度 p 型掺杂的实验研究。紧接着的两章，对 GaN 基同盲型光电探测器制作工艺作了详细的分析，着重介绍了两方面的研究工作：ICP 工艺参数对 GaN 和 AlGaN 刻蚀速率、刻蚀得到的表面的影响的研究，以及 GaN 材料的欧姆接触制作工艺的研究。在本文的最后，通过对制作得到的 Al<,X>Ga<,1-X>N/GaN 紫外探测器的电流-电压特性和光谱响应特性分析表明，器件实现了真正的紫外日盲型探测，器件的参数都达到了设计目标。

目录

文摘

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第一章概述

1.1紫外光谱区及UV探测器

1.2 GaN材料适于紫外探测的特性

1.3 GaN材料生长方法简介

1.4 GaN基UV探测器的研究情况

1.5论文结构

第二章UV光电探测器基本结构

2.1三种实用的紫外光电探测器结构及比较

2.2倒装异质结p-i-n结构

2.3 p-i-n结构中正照式和背照式的选择问题

2.4本课题中所用的结构

第三章MOCVD外延生长GaN

3.1 MOCVD设备简介

3.2 MOCVD外延生长AlxGa1-xN/GaN简介

3.3通过渐变δ掺杂方法进行GaN的Mg掺杂

3.3.1渐变δ-Mg掺杂的基本过程

3.3.2渐变δ-Mg掺杂方法对晶体质量的影响

3.3.3渐变δ-Mg掺杂方法对晶体电学性能的影响

3.4结论

第四章GaN基UV探测器的刻蚀工艺

4.1 AlxGa1-xN/GaN p-i-n紫外探测器的制作过程

4.2探测器台阶制作工艺

4.2.1 ICP工艺参数选择原理

4.2.2 ICP刻蚀AlxGa1-xN/GaN的实验研究

4.2.3结语

第五章GaN基UV探测器欧姆接触制作工艺研究

5.1欧姆接触的电性能

5.1.1欧姆接触的定义

5.1.2电流输运机制和接触电阻的计算

5.1.3势垒高度

5.2表面处理和退火工艺对GaN基材料欧姆接触的影响

5.2.1 n-GaN情形

5.2.2 p-GaN情形

5.3薄膜材料的比接触电阻的测试方法

5.4 n-GaN欧姆接触实验研究

5.4.1实验过程

5.4.2实验结果及分析

5.5p-GaN欧姆接触实验研究

5.5.1实验过程

5.5.2实验结果及分析

5.6结语及今后的工作

第六章GaN基UV探测器的性能分析及总结

6.1 GaN基紫外光电探测器的制作

6.2测试结果及讨论

6.3总结

致谢

参考文献

硕士期间已发表的论文