硅衬底Al(In)GaN紫外探测器研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiuyeshusheng
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蓝宝石衬底质地坚硬、不易减薄且表面翘曲严重,碳化硅衬底尺寸小、价格昂贵,相较之下,硅衬底价格低廉、晶圆尺寸大、晶体质量高、表面平整度好、工艺成熟,在制备低成本、大面阵、高均匀性Al(In)GaN紫外探测器领域有巨大的应用价值。但硅衬底Al(In)GaN的晶格失配度和热失配度较大,外延质量较差。随着网格化选区生长、中间层、缓冲层、超晶格等技术的进步,硅衬底Al(In)GaN的外延质量、厚度、面积不断改善,已经在发光二极管领域广泛应用。通过改变Al组分和In组分,AlGaN和InGaN的禁带宽度可以在0.76e V到6.2e V之间变化,对应的吸收光谱的波段为1632nm到200nm,覆盖了整个日盲紫外(200-300nm)和近紫外(300-400nm),是重要的紫外探测材料。利用MOCVD方法在硅(111)衬底上生长了GaN/InGaN/GaN p-i-n结构外延层,成功制备了硅衬底InGaN紫外探测器,并对器件的PL谱、I-V特性和光谱特性进行了测试。对硅衬底去除技术进行了深入的研究,使用湿法腐蚀去除了紫外探测器的硅衬底,对去除前后器件的性能进行了测试,为低成本、大面阵、高均匀性硅衬底InGaN紫外探测器的应用奠定了基础。介绍了正照射硅衬底InGaN紫外探测单元器件的制备过程,并对器件性能进行了测试。针对硅衬底InGaN材料晶格失配和热失配较大,位错和缺陷密度较高,探测器表面漏电流较大的问题,研究了Ru Cl3、Na2S和硝酸的钝化液对器件的钝化效果。研究表明:相比未钝化,表面Ru化后,器件的反向暗电流下降2-3个数量级,台面S化后,器件的峰值响应率提高了7-12%。器件在362nm下的峰值响应率为0.154A/W,外量子效率为53%,零偏压下暗电流为7.2×10-12A,响应波段为310-380nm。针对硅衬底不透光的问题,介绍了机械研磨、湿法腐蚀、干法刻蚀等工艺方法,并对这些方法的特性进行了对比,选用化学湿法腐蚀成功去除了640×8InGaN紫外探测器焦平面的硅衬底,并对衬底去除前后器件的性能进行了测试。实验发现,湿法腐蚀可有效去除硅衬底,且腐蚀速率很高,但外延界面处应力的释放会使外延薄膜破碎,使腐蚀液渗入后损坏读出电路。将Al组分引入到AlGaN的复折射率模型中,建立了全Al组分AlGaN复折射率模型,结合多层光学薄膜模型,对多个实验样品的透射谱进行了拟合,获得了较好的拟合度,提出了一种多层薄膜透射谱的快速分析法,为AlGaN器件结构优化,工艺改进,性能提升提供了理论参考。
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