本文關(guān)鍵詞：基于極化電場調(diào)控AlGaN基紫外探測器的研究　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：AlGaN基材料不僅具有穩(wěn)定的物理和化學特性,而且隨著Al組分的變化,其禁帶寬度從3.4-6.2 e V連續(xù)可調(diào),對應(yīng)波長覆蓋了200-365 nm的范圍,是制備高靈敏度紫外探測器的理想材料。此外,AlGaN基紫外探測器作為全固態(tài)器件,既可以工作在復雜苛刻的環(huán)境,同時也具有耗能低、體積小、便于集成和無需濾波系統(tǒng)等優(yōu)點,因此,AlGaN基紫外探測器在航空、民用和國防等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。通常為了有效的裁剪響應(yīng)波段和提高量子效率,在AlGaN基紫外探測器中引入異質(zhì)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。由于異質(zhì)界面極化的不連續(xù)性導致極化電場的出現(xiàn)。極化電場是一柄雙刃劍,在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計時利用其有利的一面,削弱其不利的一面,將有助于器件性能的提高和改善。本文根據(jù)AlGaN基材料異質(zhì)界面的極化特性,從調(diào)控極化電場的角度,圍繞提高AlGaN基紫外探測的響應(yīng)度和降低暗電流而展開研究,主要研究成果如下:1、提出通過引入Al組分漸變的n-AlGaN層來調(diào)控極化電場的方法,實現(xiàn)降低探測器暗電流的目的。通過對比兩個不同極化電荷面密度的異質(zhì)結(jié)pin-AlGaN基紫外探測器的光電特性特性,發(fā)現(xiàn)隨著極化電荷面密度的增加會導致探測器的暗電流升高而響應(yīng)度降低,從而揭示了異質(zhì)界面極化電荷產(chǎn)生的極化電場將對探測器的光電特性產(chǎn)生負面影響。在此基礎(chǔ)上,提出在pin-AlGaN基紫外探測器的異質(zhì)界面引入Al組分漸變的n-AlGaN層來調(diào)控極化電場的方法,有效降低了極化電場對探測器暗電流的影響,同時探測器的響應(yīng)度也有所提高。2、利用極化電場提高了肖特基AlGaN基紫外探測器的性能。通過在肖特基接觸界面引入低Al組分插入層的方法,在肖特基結(jié)構(gòu)中引入極化電場,首次在零偏下實現(xiàn)量子效率超過50%。利用極化電場方向與肖特基結(jié)耗盡區(qū)內(nèi)建電場方向相同,增強了耗盡區(qū)的有效電場強度,提高了光生電子-空穴的分離速率;同時,極化電場也增加了肖特基勢壘高度,改善了探測器的整流特性。3、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)抑制極化電場,首次在實驗上獲得Al0.4Ga0.6N材料中空穴引起碰撞離化所需要的平均能量。通過研究不同倍增層厚度的同質(zhì)結(jié)分離吸收倍增結(jié)構(gòu)的Al0.4Ga0.6N雪崩紫外光電探測器中量子效率隨反向偏壓的變化,并在碰撞離化過程中考慮能量守恒定律,首次通過實驗的方法得到了Al0.4Ga0.6N材料中空穴引起碰撞離化需要的平均閾值能量。該研究結(jié)果為進一步優(yōu)化AlGaN基雪崩紫外探測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN23

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