本文關(guān)鍵詞：表面等離激元增強(qiáng)InGaN探測(cè)器性能研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：可見(jiàn)光無(wú)線通信(Light Fidelity,LiFi)是2009年由Harald Hass提出來(lái)的新概念,由于其具有綠色環(huán)保、照明、通信雙結(jié)合、帶寬高、通信網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)易、安全性高等優(yōu)點(diǎn),成為短距離無(wú)線通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。目前,LiFi通信速度已達(dá)到1Gbps。探測(cè)器是LiFi通訊的重要組成部分,因此,適宜LiFi通訊的探測(cè)器近年來(lái)引起研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。對(duì)于InGaN材料體系而言,由于其帶隙可隨In組分的改變從3.4eV到0.7eV連續(xù)可調(diào),使得InGaN探測(cè)器的截止波長(zhǎng)可以覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)。此外,InGaN探測(cè)器還具有體積小、功耗低、響應(yīng)快、噪聲低等優(yōu)點(diǎn),因此其在LiFi通訊領(lǐng)域有著很好地應(yīng)用前景,對(duì)InGaN可見(jiàn)光探測(cè)器的研究引起了高度重視。本論文圍繞提高InGaN光電探測(cè)器性能開(kāi)展研究工作,以InGaN材料外延生長(zhǎng)質(zhì)量?jī)?yōu)化為基礎(chǔ),在器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面引入了局域表面等離激元,通過(guò)對(duì)等離激元共振波長(zhǎng)的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)InGaN探測(cè)器性能的提升。材料生長(zhǎng)方面,深入研究了大失配外延的生長(zhǎng)模型,提出了利用晶格失配應(yīng)力原位側(cè)向外延法生長(zhǎng)高質(zhì)量GaN的方法,同時(shí)提出利用生長(zhǎng)溫度周期調(diào)制的方法生長(zhǎng)InGaN量子阱材料。器件優(yōu)化方面,深入研究表面等離激元共振增強(qiáng)機(jī)制,提出了一種可以調(diào)控金屬納米顆粒的表面等離激元偶極共振波長(zhǎng)的有效方法,進(jìn)而得到性能優(yōu)化的與表面等離激元耦合的InGaN探測(cè)器。本論文的主要研究成果如下:1、提出了一種利用晶格失配應(yīng)力,原位側(cè)向外延法生長(zhǎng)高質(zhì)量氮化物的方法。為了獲得高質(zhì)量的InGaN材料,首先研究了高質(zhì)量GaN的生長(zhǎng)�；诰w生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué),從晶格失配的角度,建立了失配外延的成核生長(zhǎng)模型。采用圓錐體模型,模擬不同失配度下GaN的單位體積自由能變化,利用該理論計(jì)算解釋了不同的失配情況下異質(zhì)外延的成核生長(zhǎng)過(guò)程�；谠摾碚摻Y(jié)果,實(shí)現(xiàn)了低位錯(cuò)密度、高質(zhì)量的GaN外延生長(zhǎng),并對(duì)其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)及應(yīng)力、缺陷演變過(guò)程進(jìn)行了深入分析,為高質(zhì)量InGaN材料的獲得奠定了基礎(chǔ)。2、提出一種通過(guò)控制金屬顆粒周?chē)浇檎{(diào)控等離激元共振特性的方法等離激元的共振波長(zhǎng)直接影響光電器件的性能,等離激元共振波長(zhǎng)與InGaN探測(cè)器的吸收峰位越匹配,光電耦合引起的共振增強(qiáng)因子越高。因此,基于麥克斯韋方程,結(jié)合影響金屬等離激元共振增強(qiáng)因素,深入研究了等離激元的共振特性。提出通過(guò)調(diào)控金屬等離激元周?chē)浇榈姆椒?實(shí)現(xiàn)等離激元共振峰位的調(diào)控(410nm-490nm),并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了深入分析,為獲得高性能的InGaN探測(cè)器奠定基礎(chǔ)。3、成功研制基于等離激元增強(qiáng)的InGaN探測(cè)器研究金屬等離激元納米粒子的制備方法,并將金屬等離激元引入InGaN探測(cè)器,優(yōu)化探測(cè)器研制工藝,通過(guò)對(duì)其性能測(cè)試分析,獲得高性能基于等離激元增強(qiáng)的InGaN探測(cè)器。結(jié)合時(shí)域頻域有限元差分法,模擬計(jì)算金屬等離激元對(duì)探測(cè)器性能的影響,揭示等離激元增強(qiáng)探測(cè)器性能機(jī)理。與傳統(tǒng)InGaN探測(cè)器相比,表面覆蓋SiO2/Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)的InGaN探測(cè)器的暗電流降低了2個(gè)數(shù)量級(jí),響應(yīng)度達(dá)到0.98 A/W,提高近10倍。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.1;TN36

【參考文獻(xiàn)】

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1 陸大成,段樹(shù)坤;A Quasi-Therm odynam ic Model of MOVPE of InGaN[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2000年02期

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本文編號(hào)：1331589