本文關(guān)鍵詞：寬禁帶半導(dǎo)體紫外感光器件性能研究

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【摘要】：寬禁帶半導(dǎo)體,又稱為第三代半導(dǎo)體材料,具有寬帶隙、高擊穿場強(qiáng)、高電子飽和速度和高熱導(dǎo)率等優(yōu)良的物理特性,是制備高功率、高溫器件,以及高效率紫外探測器件的優(yōu)選材料。其中,Ⅲ族氮化物和SiC材料由于最近十多年大量的研發(fā)投入,材料質(zhì)量和制造工藝技術(shù)都顯著提高。本論文中主要基于(Al)GaN和SiC材料,設(shè)計并制備了若干紫外探測和光電導(dǎo)開關(guān)器件,并對器件性能進(jìn)行了分析。論文主要工作成果如下：1.在HVPE法生長的摻鐵高阻GaN基板上直接制備了金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)紫外探測器。在20V偏壓下,探測器室溫時的暗電流小于2.5 pA,紫外與可見光響應(yīng)的抑制比為1×102,對應(yīng)的量子效率約為10%。探測器的開啟和關(guān)斷的時間延時均小于2 ms,但是探測器光電流在恒定紫外光照下呈現(xiàn)持續(xù)衰減現(xiàn)象。通過分析可知以上探測器光響應(yīng)性能的變化主要是由GaN:Fe材料中高濃度缺陷態(tài)和復(fù)合中心的作用造成的。本研究提供了一種低成本制備GaN基紫外探測器的方法。2.基于高阻Al0.4Ga0.6N材料和HVPE法生長的GaN:Fe基板分別制備了光電導(dǎo)開關(guān)器件(PCSS)。其中,HVPE GaN:Fe基板制備的PCSS截止波長為365 nm,無光照時電阻率約1010Ω cm；同時,GaN:Fe基板上的PCSS可以耐受超過1100V高壓,對應(yīng)極限場強(qiáng)超過1.57 MV/cm。而制備的AlGaN PCSS器件截止波長約280 nm,因而能夠免受陽光背景輻射的影響；當(dāng)處于500 V工作電壓下的AlGaN PCSS受到266 nm波長的紫外脈沖激光激發(fā)時,器件電流密度可以在15 ns內(nèi)迅速上升到11.5 kA/cm2;研制的兩種PCSS器件的電流脈沖恢復(fù)時間都受到RC延時的影響。3.基于4H-SiC材料設(shè)計并制備了具有傾斜臺面結(jié)構(gòu)的雪崩光電二極管(APD)。由于器件的小角度正傾角臺面能夠很好的抑制器件邊緣電場,所研制的4H-SiC APD具有單光子探測功能,其暗電流處于pA量級,雪崩增益高于105；器件的暗計數(shù)為10 kHz時,對應(yīng)單光子探測效率SPDE約為3%。利用掃描開爾文顯微鏡(SKPM)建立了一種測量4H-SiC APD器件小傾角臺面電勢分布的方法；通過這一技術(shù),可以直接測量APD表面的電勢變化分布,確定耗盡區(qū)具體位置,并比較不同傾角結(jié)構(gòu)APD的場強(qiáng)分布差異；基于改進(jìn)的SNOM系統(tǒng),測量了在不同過載偏壓下4H-SiC APD的光電流和光計數(shù)率在臺面內(nèi)的平面分布規(guī)律,測試結(jié)果有助于確定器件的缺陷位置和指導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化；最后,研究了具有薄雪崩層4H-SiC APD的隧穿特性；發(fā)現(xiàn)除了測量雪崩擊穿電壓的負(fù)溫度系數(shù)外,器件的隧穿特性還可以由APD在被動淬滅電路中的瞬態(tài)電流脈沖的形狀進(jìn)行判定。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN23

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