论文部分内容阅读
III族氮化物半导体氮化镓(Ga N)具有宽禁带、直接带隙、热稳定性和化学稳定性高等优势,是制备紫外探测器的理想材料。Ga N基紫外探测器具有能耗低、体积小、抗辐射能力强等优点,在军民领域都具有重要的应用价值,已成为Ga N基光电器件研究的一个热点方向。但是,由于Ga N材料缺乏高质量的同质单晶衬底,而异质外延的Ga N中又常常存在高密度位错等结构缺陷,严重限制了高性能Ga N基紫外探测器的开发和应用。寻找能有效降低Ga N外延层缺陷密度的方法,对提高器件的性能有重要的意义。论文首先回顾了Ga N基紫外探测器的研究现状,指出了存在的问题,然后介绍了Ga N材料的基本性质和制备方法,详细描述了几种常用Ga N基紫外探测器的结构和工作原理,以及表征探测器性能的主要参数。在此基础上,开展了下述三部分的研究工作。1、为了降低Ga N材料中的缺陷密度,提高外延层的质量,在图形化蓝宝石衬底(patterned sapphire substrate,PSS)上制备了薄p型层厚度(60 nm)的Ga N基p-i-n型紫外探测器。X光衍射结果表明,与生长在标准蓝宝石衬底上的外延层相比,生长在PSS上的外延层具有更低的缺陷密度。另外,为方便比较探测器的性能,还在PSS上制备了Ga N基的肖特基型紫外探测器。2、为了评价探测器的性能,设计并搭建了一套光谱响应测试系统。为满足测试精度的要求,对系统存在的噪声问题进行了分析、排除,包括将环形灯的开关移至屏蔽箱外,替换源表与探针之间的连接线,将探针台、屏蔽箱与源表接同一个地,优化后整个系统的噪声降到10-12数量级,可满足测试的需求。另外,还研究了光谱系统的光功率问题,即当光传至测试器件时,光衰减严重、器件的光响应不明显的问题。通过使用紫外光纤,并采用万向磁力座使光纤尽可能地靠近器件,有效降低了光功率的衰减,为探测器的性能分析提供了满意的测试平台。3、对制备的Ga N基紫外探测器进行了性能测试和分析。结果表明,PSS上薄p型层的p-i-n型探测器具有较低的暗电流,在深紫外波段也保持着良好的量子效率。将其与肖特基型探测器进行比较,发现两者的性能基本相当。但是,肖特基型探测器的器件面积较大,所以其暗电流比p-i-n型的高。在实际应用中,肖特基型紫外探测器容易受耗尽区宽度和势垒高度的限制,p-i-n型紫外探测器在抑制暗电流方面更有优势。