AlGaN基紫外光电导和探测器的物理机制的研究

作     者：代志诚 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨国锋;谢峰

授予年度：2021年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：AlGaN 紫外探测器 日盲 雪崩光电二极管 金属-半导体-金属 

摘      要：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AlGaN基日盲紫外APD,设计出了一种具有低Al组分p型渐变AlGaN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,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AlGaN MSM型紫外探测器的光电特性进行测试,发现AlGaN 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,200×200(?)m,100×100(?)m三种有源区面积,来研究电极尺寸和有源区面积对AlGaN 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。