AlGaN材料类同质外延生长及日盲紫外探测器研究

doi:7D2BEF36EBF95D640B31DCDFE6B4C6BE

	AlGaN材料类同质外延生长及日盲紫外探测器研究
	蒋科
学位类型	博士
导师	黎大兵
	2019-06-01
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
关键词	AlN AlGaN 类同质外延日盲紫外探测器
摘要	AlGaN材料是一种直接宽禁带半导体材料,其禁带宽度在6.2eV至3.4eV之间连续可调,是制备工作波长在210nm至365nm之间的紫外光电子器件的理想材料。基于AlGaN材料的日盲紫外探测器具有本征探测、波长可调、体积小、抗辐射、工作电压低等诸多优势,在诸多领域具有重要应用价值。然而,目前AlGaN基日盲紫外探测器性能还远未达到实际应用水平,这主要是因为异质外延中的晶格失配与热失配造成AlGaN材料质量的低下。此外,AlGaN基日盲紫外探测器的结构还有待优化。本论文围绕如何提高AlGaN材料质量及探测器性能展开研究。针对异质外延下AlGaN材料质量低下的问题,提出采用类同质外延的方法生长AlN和AlGaN材料,从而提高材料质量;针对AlGaN日盲紫外探测器性能低下的问题,提出利用极化效应提升探测器内量子效率,从而提高器件响应水平。本论文研究所取得的主要创新性成果总结如下:(1)利用类同质外延方法,实现了AlN材料质量提升,提出并证明了界面应力是缺陷演变驱动力。采用MOCVD技术在HVPE-AlN模板上类同质外延AlN材料的方法,实现了AlN外延层(10-12)面XRC-FWHM相比衬底降低102 arcsec;采用低温层改变界面应力状态的方法,研究了AlN类同质外延过程中的缺陷演变规律,证明了界面应力是位错演变的驱动力,同时还发现了不同种类位错演变所需驱动力的大小关系。(2)发现了大斜切角模板衬底上类同质外延AlGaN材料的组分不均匀性,成功解释了造成该组分不均匀性的原因,并利用“混合金属有机源预处理衬底表面”的方法有效抑制了该组分的不均匀性,同时应用“Carbon-Cluster”理论成功解释了该方法抑制组分不均匀的机制。采用MOCVD在HVPE-AlN模板上外延AlGaN时,AlGaN材料出现组分不均匀现象,这是由于衬底表面存在Macro-steps,同时Al原子与Ga原子又具有不同的迁移距离,造成Ga原子在Macro-steps的位置富集;采用“混合金属有机源”处理衬底之后,有机源高温分解形成的Carbon-Cluster有效阻挡了Al、Ga原子的迁移,消除了迁移距离的差异,从而抑制了组分的不均匀性。(3)发现了HVPE-AlN模板上类同质外延AlGaN材料的多个激子态和金属阳离子空位缺陷相关发射峰,并利用“混合金属有机源预处理衬底表面”的方法成功降低了激子态数目、抑制了金属阳离子空位缺陷相关的发光峰。采用变温PL测试方法研究类同质外延AlGaN材料的激子特性,发现两种组分的AlGaN材料均表现出多个激子态,并且激子态之间能量转移复杂,造成材料发光复杂,这主要是因为材料内的合金势垒振荡较大,而“混合金属有机源预处理衬底表面”则降低了合金势垒振荡,从而减少了激子态数目;此外,采用PL测试方法研究缺陷相关发射峰,发现类同质外延AlGaN材料存在(V_(cation-)complex)~(2-)缺陷相关的发射峰,而“混合金属有机源预处理衬底表面”能有效抑制该发射峰,这是因为该方法提供了富金属的生长条件,抑制了金属阳离子空位缺陷的产生。(4)提出利用极化电场特性优化AlGaN日盲紫外探测器结构,实现了高响应度的AlGaN基日盲紫外探测器。采用MOCVD技术在HVPE-AlN模板衬底上类同质外延极化增强结构AlGaN基日盲紫外探测器,获得了10 V偏压下1.42 A/W的峰值响应度,相比无极化增强情况提高了50倍。进一步的优化更实现了30 V偏压下3.11 A/W峰值响应度,证明了极化效应对探测器性能提升的重要作用。
页数	154
DOI	7D2BEF36EBF95D640B31DCDFE6B4C6BE
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63894
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	蒋科. AlGaN材料类同质外延生长及日盲紫外探测器研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2019.

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