發(fā)布時間：2018-04-17 16:13

  本文選題：延伸波長 + InGaAs��； 參考：《中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：InGaAs是短波紅外成像的理想材料,由于其低暗電流、高探測率、高工作溫度、良好的抗輻照等特性已顯示出了巨大的應(yīng)用價值。隨著航空航天以及成像領(lǐng)域用InGaAs探測器在大面陣、高性能、低成本、低功耗等方面的要求進一步提高,使得在這些方向上的研究成為未來發(fā)展的主要方向。由于延伸波長InGaAs(λcutoff1.7μm)與襯底InP存在晶格失配導(dǎo)致吸收層中存在較多的位錯和缺陷,使得器件暗電流過大,因此研究材料與器件的關(guān)聯(lián)性,進行微光敏區(qū)表征,優(yōu)化器件工藝參數(shù),提高器件性能顯得十分重要。本文研究了延伸波長InGaAs探測器微光敏區(qū)缺陷以及材料質(zhì)量、材料關(guān)鍵參數(shù)表征,器件工藝優(yōu)化,并取得了一些研究成果。開展了X射線表征延伸波長InGaAs材料的研究,分別采用高分辨X射線和同步輻射表征手段。獲得了半峰寬(737.2arcsec)較小的In0.83Ga0.17As吸收層,得到In0.83Ga0.17As外延層的晶格在垂直方向上的失配為1.945%,在水平方向上的失配為1.928%。采用10KeV的X射線研究得到了數(shù)字梯度超晶格層(DGSL)的周期為104.9?,實驗獲得值與TEM測試結(jié)果具有很好的一致性。同時對多種材料進行了掠入射實驗測試,發(fā)現(xiàn)在入射角為0.3度時信號強度最大,當入射角大于0.7度時信號基本上無法探測。采用了能量更高的18KeV的X射線研究發(fā)現(xiàn)原來單一的襯底峰中分辨出多個疊加峰成分。為了研究材料的少數(shù)載流子擴散長度,采用了SPV無損檢測的方法對兩種不同摻雜濃度的常規(guī)InGaAs材料進行了相關(guān)實驗。獲得了高摻雜濃度樣品材料的少數(shù)載流子擴散長度為5.59μm,低摻雜濃度樣品材料的少數(shù)載流子擴散長度為6.3μm。為了研究延伸波長In0.83Ga0.17As探測器微光敏區(qū)的缺陷信息,采用了不同工藝流程制備的探測器作為研究對象,使用了電子束誘導(dǎo)電流(EBIC)和深能級瞬態(tài)譜(DLTS)方法對探測器缺陷進行測試表征,同時研究了不同工藝對器件性能的影響。EBIC研究結(jié)果得到樣品A(在臺面刻蝕之后快速熱退火)和樣品B(在臺面刻蝕之前快速熱退火)的缺陷比例、缺陷個數(shù)、缺陷密度分別為13.09%、96、23.3×106cm~(-2)和7.33%、34、8.14×106cm~(-2)。采用DLTS方法測試了三個延伸波長探測器樣品:1#(Cl2/N2刻蝕)和2#(Cl2/CH4刻蝕)器件為常規(guī)SiNx鈍化器件,3#(Cl2/CH4刻蝕)器件為優(yōu)化SiNx鈍化器件。測試結(jié)果表明:樣品1的DLTS譜線顯示的是一個少子(空穴)缺陷,位置為124meV,俘獲截面為5.77×10-19cm2,濃度為1.34×1014cm-3;樣品2和樣品3顯示的是一個多子(電子)缺陷,位置分別為431meV和5meV,俘獲截面分別為9.31×10-15cm2和4.65×10-20cm2,濃度分別為1.61×1014cm-3和2.91×1014cm-3。DLTS測試的是樣品的深能級缺陷,而EBIC測試的是樣品表面的電活性缺陷,所以測試結(jié)果顯示的缺陷密度有很大差別。研究了在臺面刻蝕前和臺面刻蝕后快速熱退火兩種工藝對器件性能的影響,研究表明在臺面刻蝕之前進行快速熱退火的光電二極管有較低的暗電流密度,而且具有較低的面積相關(guān)的暗電流成分。研究了分別采用Cl2/N2和Cl2/CH4氣體的刻蝕工藝,實驗通過采用PL譜、傳輸線(TLM)模型、器件IV特性以及器件探測率來表征兩種刻蝕氣體工藝的優(yōu)劣。結(jié)果表明,Cl2/CH4刻蝕樣品的PL譜信號強度較弱,TLM模型測試的方塊電阻Rsh較大,制備的光電二極管的暗電流密度較低、信號較大、探測率較高,從而說明Cl2/CH4刻蝕氣體的工藝比Cl2/N2的效果好一些。采用了上述的退火優(yōu)化工藝與刻蝕優(yōu)化工藝進行了器件的集成驗證。通過制備相應(yīng)的光電二極管,測試了不同溫度和偏壓下兩種器件的暗電流,分析了器件的熱激活能。結(jié)果表明采用優(yōu)化工藝制備的器件暗電流密度(387nA/cm2)低于常規(guī)工藝制備的器件暗電流密度(1.2μA/cm2),所以退火刻蝕工藝相比常規(guī)的工藝具有一定的優(yōu)勢。基于InGaAs探測器航天應(yīng)用的背景,開展了高密度延伸波長In0.83Ga0.17As器件的探索研究。實現(xiàn)了高密度亞10μm像元的In0.83Ga0.17As探測器的制備:器件規(guī)模為10×10,像元面積大小為9μm×9μm,像元中心距為10μm,占空比為81%。測試結(jié)果表明:器件的室溫暗電流密度為1.47×10-4A/cm2,200K的暗電流密度為10.5nA/cm2,同時通過光譜響應(yīng)測試獲得了器件在室溫下的截止波長為2.57μm。
[Abstract]:In order to study the minority carrier diffusion length of an extended wavelength InGaAs detector , it is found that there are more dislocations and defects in the absorption layer due to the lattice mismatch between the extended wavelength InGaAs detector and the substrate InP . In order to study the minority carrier diffusion length of the material , the effect of the different process on the performance of the device is studied .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN215

【參考文獻】

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本文編號：1764321