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GaN基材料禁带宽度覆盖从可见光到紫外光的范围,热稳定性和化学稳定性好,在光电子和微电子领域具有非常重要的研究意义和实用价值。本文对围绕AlGaN/GaN异质结探测器展开,用AMPS软件进行器件性能模拟,对AlGaN生长和工艺过程进行研究,并提出新型的双色探测器结构设想。简要归纳如下:
用AMPS软件模拟了GaN/AlGaN/GaN紫外和红外双色探测器的紫外响应部分。研究了AlGaN层参数对GaN基n+-GaN/I-AlxGa1-xN/n+-GaN结构紫外和红外双色探测器中紫外响应的影响规律及物理机制。模拟计算发现:降低AlGaN层本底浓度会增加器件的量子效率,当本底浓度不能进一步降低时,可以通过减小AlGaN层的厚度保证器件的量子效率。材料生长和器件工艺过程中都应减少界面态。外加较小的反向偏压能大幅度提高紫外量子效率。进一步分析表明,GaN/AlGaN/GaN形成的两个背靠背、方向相反的异质结电场是出现这种现象的根本原因。在实际器件设计中,应该根据需要调节各结构参数,保证器件的量子效率。
研究了MOCVD方法外延生长AlGaN合金薄膜的生长过程。实验发现:寄生反应和Al和Ga竞争对AlGaN的生长速率和Al的并入率都有很大的影响。低的反应室压力能降低寄生反应,从而提高Al的并入率。另外,减少到达衬底表面的Ga原子的绝对数目也可以降低Ga原子的竞争力,得到高Al组分的AlGaN材料。
对自制GaN基n+-GaN/I-Alx乞Ga1-xN/n+-GaN异质结探测器样品进行紫外响应和暗电流的测试和分析。此探测器的紫外响应截止波长为370nm。信号非常弱,峰值仅达mA/w量级。这很可能是因为探测器形成两个背靠背的异质结电场,而且同型异质结电场电场非常弱,产生的光电流相互抵消的缘故。我们提出一种新型GaN基紫外和红外双色探测器的结构。该器件结构将普通n+-GaN/I-AlxGa1-xN/n+-GaN异质结探测器结构中的I-AlxGal-xN(0＜x≤1)层换作I-AlxInyGa1-x-yN(铝铟镓氮,0＜x≤1,0＜y≤1)层,以期达到减少晶格失配和热失配的目的。