【摘 要】
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作为第三代半导体的一员,AlGaN的研究和发展已取得重大进步,同时基于此材料的紫外探测器也得以空前发展。由于各类型AlGaN基紫外探测器（Ultra-violet photodetector,UV PD）具备不同的结构和工作原理,其光增益性能也有所不同。为进一步了解相关探测器的增益机制并拓宽AlGaN材料的应用范围,本文设计了不同结构的AlGaN基紫外探测器,包括日盲紫外雪崩光电二极管（avala
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作为第三代半导体的一员,AlGaN的研究和发展已取得重大进步,同时基于此材料的紫外探测器也得以空前发展。由于各类型AlGaN基紫外探测器（Ultra-violet photodetector,UV PD）具备不同的结构和工作原理,其光增益性能也有所不同。为进一步了解相关探测器的增益机制并拓宽AlGaN材料的应用范围,本文设计了不同结构的AlGaN基紫外探测器,包括日盲紫外雪崩光电二极管（avalanche photodiodes,APD）和金属-半导体-金属（MSM）型紫外探测器,分别研究了日盲紫外APD的光电特性和原理,高Al组分AlGaN基MSM型紫外探测器的电流传输和光电导效应,以及叉指电极的尺寸和有源区面积对于AlGaN基MSM型紫外探测器性能的影响。主要研究成果如下:1.基于常规结构的p-i-n-i-n型的Al0.4Ga0.6N基日盲紫外APD,设计出了一种具有低Al组分p型渐变AlxGa1-xN层和高/低Al组分AlGaN倍增层的背入射式p-i-n-i-n吸收倍增区分离的特殊AlGaN日盲紫外雪崩光电二极管,与常规结构的日盲紫外APD相比,设计的日盲紫外APD的雪崩增益达到6.11×10~4,提高了10倍,同时雪崩击穿电压显著降低。设计的日盲紫外APD具有的良好光电特性,为以后制备AlGaN基日盲紫外APD提供了坚实的理论基础。2.对高Al组分的Al0.55Ga0.45N MSM型紫外探测器的光电特性进行测试,发现Al0.55Ga0.45N MSM型紫外探测器表现出很高的光电导特性,当偏压超过4V后,电流与温度和偏压有明显的依赖性,研究表明,在偏压低于4V时,隧道效应是暗电流产生的主要原因,偏压超过4V后,Poole-Frenkel发射机制是器件内部暗电流产生的主要原因;在黑暗和光照环境下,器件的空间电荷区的面积明显增加,这是导致器件产生光电导效应的主要原因。3.设计了7（?）m×7（?）m,10（?）m×10（?）m,12（?）m×12（?）m三种电极尺寸和300×300（?）m~2,200×200（?）m~2,100×100（?）m~2三种有源区面积,来研究电极尺寸和有源区面积对Al0.6Ga0.4N MSM型紫外探测器的影响。研究结果表明,当在有源区面积相同情况下,器件的击穿电压随着叉指电极尺寸的增大而增加,但是暗电流却呈相反的趋势,响应度与尺寸大小没有关系;在叉指电极相同情况下,器件的击穿电压和暗电流随着有源区面积的增大而增大,但是响应度随着有源区面积的降低而增大,内部的增益也随之增高。
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