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蓝宝石衬底多层AlGaN薄膜透射谱研究

光学学报 2020年第19期40卷 213-222页

作者：李浩杰张燕中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

全组分AlGaN是指Al组分(原子数分数)在0~1之间的AlGaN。通过将组分引入到AlGaN的复折射率中,在200~800 nm光谱范围内建立了全组分AlGaN复折射率公式。通过椭圆偏振法获得了蓝宝石的光学参数,并利用透射谱进行了验证。利用上述复折射率... 详细信息

全组分AlGaN是指Al组分(原子数分数)在0~1之间的AlGaN。通过将组分引入到AlGaN的复折射率中,在200~800 nm光谱范围内建立了全组分AlGaN复折射率公式。通过椭圆偏振法获得了蓝宝石的光学参数,并利用透射谱进行了验证。利用上述复折射率公式和多层光学薄膜模型研究了蓝宝石衬底多层AlGaN薄膜样品的透射谱,分析了各层薄膜对样品透射谱的影响以及工艺可能造成的实际结构的偏移,提出了一种多层薄膜透射谱的快速分析法。

关键词：薄膜 AlGaN 全组分光学性质多层薄膜模型透射谱拟合

270nm AlGaN基深紫外激光器DBR腔体结构的研究

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270nm AlGaN基深紫外激光器DBR腔体结构的研究

作者：谷延春郑州大学

学位级别：硕士

科技的发展与人们的需求关系密切,科技的发展不断满足人们的需求,而人们的需求也在推动科技的发展。由于前两代半导体材料禁带宽度窄,波长不可调节、输出功率低,无法满足人们的需要,第三代半导体激光器逐渐发展。由于其独特的性能:使用... 详细信息

科技的发展与人们的需求关系密切,科技的发展不断满足人们的需求,而人们的需求也在推动科技的发展。由于前两代半导体材料禁带宽度窄,波长不可调节、输出功率低,无法满足人们的需要,第三代半导体激光器逐渐发展。由于其独特的性能:使用寿命长、发散角度小、光输出效率高等,吸引了国内外的科研机构、企业和学校的浓厚兴趣。深紫外半导体激光器的材料主要是由Al N和Ga N组成的三元化合物,通过调节Al组分,可以改变材料的禁带宽度,调节发射波长。本文主要研究270nm发射波长的深紫外半导体激光器,其应用广泛,大到军事、医疗、通信等领域,小到水净化、光盘存储、激光打印等,应用前景广阔。本文首先介绍了激光器的研究背景和国内外对第三代Ga N基激光器的重视,为研究指明了方向。其次介绍了半导体激光器的发光原理、材料特性和激光器用到的模型,表明激光器研究的理论基础。随后介绍了激光器模拟仿真所用到的软件和数值分析,完成了激光器结构优化的准备工作。最后在F-P腔体激光器的基础上,设计激光器的DBR腔体,通过对比,证明其电学特性有明显提升。为了与DBR腔体的激光器形成对照,本论文设计的参考半导体激光器结构为脊型双异质结器件结构,谐振腔为F-P。通过与简单的双异质结比较,证明了脊型双异质结激光器发散角度小、能量集中。其次对器件的各层进行优化,2层量子阱既可实现高增益受激辐射,又满足激光器不会达到增益饱和;限制层的厚度优化避免了辐射复合主要集中在靠近p型层的量子阱中;波导层的优化可以更好的将光限制在有源区内。模拟仿真得到优化后的基于F-P腔体的激光器的阈值电流为31.55m A,斜率效率为2.4W/A。本论文提出用DBR腔体代替F-P腔体,设计并优化基于DBR腔体的激光器,DBR的材料为7)/7)(6,通过高低折射率提高光的干涉;量子阱增多,有源区的载流子浓度提高,输出功率提高;周期数增加,光的反射率提高;波导层为7)(6,厚度为10nm,输出功率增强。得到器件的阈值电流为11m A,斜率效率为2.4765W/A,其电学性能优于F-P腔体的激光器,谐振腔长远小于F-P腔体的激光器。

关键词： AlGaN Pics3D F-P DBR 电学特性

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日盲型AlGaN pin串联紫外探测器

半导体光电 2013年第5期34卷 738-741页

作者：陶利友张燕刘福浩李向阳中国科学院上海技术物理研究所上海200083 中国科学院大学北京100039

对采用MOCVD生长的AlGaN pin结构上制备的背照日盲型3×3AlGaN串联紫外探测器进行了光电性能的研究。室温下单元探测器的峰值响应在278nm为0.03A/W。串联器件的正向开启电压随器件个数增加而增大,串联特性使得其暗电流较小,光生电压随... 详细信息

对采用MOCVD生长的AlGaN pin结构上制备的背照日盲型3×3AlGaN串联紫外探测器进行了光电性能的研究。室温下单元探测器的峰值响应在278nm为0.03A/W。串联器件的正向开启电压随器件个数增加而增大,串联特性使得其暗电流较小,光生电压随器件个数的增加呈线性变化,串联器件在氙灯照射下能达到近15V的光生电压。文中还对I-V测试采样中存在的零点漂移做了分析,试给出从实验结果计算反向饱和电流密度的方法。

关键词：紫外探测器光生电压 AlGaN 串联反向饱和电流密度

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的电容特性

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红外与激光工程 2010年第5期39卷 835-838页

作者：包西昌李超张文静王玲李向阳中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院研究生院北京100039 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的p-Al0.43Ga0.57N/i-Al0.43Ga0.57N/n-Al0.7Ga0.3N异质结构上制备的背照射日盲型AlGaN紫外光电探测器进行了光电性能和电容特性的研究。室温下探测器零偏压时的电流密度为0.44 nA/cm2,278 nm的峰值... 详细信息

对采用金属有机化学气相沉积方法生长的p-Al0.43Ga0.57N/i-Al0.43Ga0.57N/n-Al0.7Ga0.3N异质结构上制备的背照射日盲型AlGaN紫外光电探测器进行了光电性能和电容特性的研究。室温下探测器零偏压时的电流密度为0.44 nA/cm2,278 nm的峰值响应率为0.042 A/W。电容频率特性表明:器件电容随着频率的增大先迅速后缓慢地降低,但在频率高于100 kHz后又加速下降。通过器件低频下的电容计算可得,其耗尽层宽度为160 nm,低于设计的本征层厚度,说明器件的本征层没有完全耗尽。因此,未耗尽本征层的高电阻是引起100 kHz附近电容又快速下降的重要原因,由不同频率下1/C2-V曲线的变化关系及其斜率计算的杂质浓度等结果进一步证实了这一结论。

关键词：日盲型紫外探测器 AlGaN 响应率电容特性

Reduction of Electron Leakage of AlGaN-Based Deep Ultraviolet Laser Diodes Using an Inverse-Trapezoidal Electron Blocking Layer

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Chinese Physics Letters 2020年第2期37卷 55-59页

作者：邢中秋周勇洁刘玉怀王芳 National Joint Research Center for Electron Materials and Systems Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001 International Joint Laboratory of Electron Materials and Systems Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001 School of Information Engineering Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001 School of Physics and Electron Engineering Xinyang Normal UniversityXinyang 464000

To improve the optical and electrical properties of AlGaN-based deep ultraviolet lasers,an inverse-trapezoidal electron blocking layer is designed.Lasers with three different structural electron blocking layers of rectangular,trapezoidal and inverse-trapezoidal structures are established.The energy band,electron concentration,electron current density,P-I and V-I characteristics,and the photoelectric conversion efficiency of different structural devices are investigated by simulation.The results show that the optical and electrical properties of the inversetrapezoidal electron blocking layer laser are better than those of rectangular and trapezoidal structures,owing to the effectively suppressed electron leakage.

关键词： AlGaN Electron inverse

背照式AlGaN/GaN基PIN日盲型紫外探测器的研制

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光电子．激光 2011年第7期22卷 984-986页

作者：邵会民张世林谢生李献杰尹顺正蔡道民毛陆虹天津大学电子信息工程学院天津300072 中国电子科技集团公司第13研究所河北石家庄050051

利用MOCVD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长PIN型AlGaN/GaN外延材料,研制出背照式AlGaN基PIN日盲型紫外探测器,用紫外光谱测试系统和半导体参数测试仪分别测得了器件的光谱响应和I-V特性曲线。测试结果表明,器件的响应范围为260~280 nm,... 详细信息

利用MOCVD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长PIN型AlGaN/GaN外延材料,研制出背照式AlGaN基PIN日盲型紫外探测器,用紫外光谱测试系统和半导体参数测试仪分别测得了器件的光谱响应和I-V特性曲线。测试结果表明,器件的响应范围为260~280 nm,峰值响应出现在270 nm处,在2.5 V偏压下的最大响应度为0.055 A/W,对应的探测率为4.6×1011cm.Hz1/2.W-1;正向开启电压为1.6 V,反向击穿电压约为16 V,在-0.3 V偏压下的暗电流约为25 pA。

关键词： AlGaN 日盲光谱响应率紫外探测器

常关型AlGaN/GaN HEMT器件研究

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常关型AlGaN/GaN HEMT器件研究

作者：涂琴杭州电子科技大学

学位级别：硕士

半导体技术近年来发展迅速,传统半导体材料的研究几乎已到达极限,第三代宽禁带半导体如Ga N,Al Ga N等开始展露锋芒。Ga N有着良好的物理化学以及电学性能,非常适合制作高频,高温或者大功率器件。其中,Al Ga N/Ga N HEMT表现最为优异,... 详细信息

半导体技术近年来发展迅速,传统半导体材料的研究几乎已到达极限,第三代宽禁带半导体如Ga N,Al Ga N等开始展露锋芒。Ga N有着良好的物理化学以及电学性能,非常适合制作高频,高温或者大功率器件。其中,Al Ga N/Ga N HEMT表现最为优异,而当前的研究成果主要集中在常开型器件方面。而在高速开关,射频集成电路,数字电路领域需要常关型HEMT器件,所以常关型Al Ga N/Ga N HEMT器件的研究有着十分现实的意义和价值。本文针对上述问题,通过查阅大量文献,简述了Ga N半导体材料的特点,介绍了器件的结构和工作原理,详述了HEMT器件的特性,以及目前国内外实现常关型器件的方法。其次介绍了Silvaco TCAD软件,包括数值计算,主要组件以及使用方法,半导体模拟的物理基础,器件模拟的基本模型等。然后在槽栅刻蚀的基础上设计了一款新型的常关型Al Ga N/Ga N HEMT器件。由于极化的作用,Al Ga N/Ga N异质结界面存在高浓度的二维电子气,所以器件在自然状态下是常开的。本文所设计的器件在势垒层中加入一段SiN介质使极化生成的二维电子气不连续,从而实现常关型。用silvaco软件对器件进行仿真,分析各参数对器件性能的影响,包括Al组分浓度,势垒层厚度,介质长度,肖特基势垒高度,栅下钝化层厚度等,根据仿真结果确定各个参数最合适的值。该常关型器件的Al Ga N势垒层分为两部分,第一部分厚度为15nm,Al组分浓度为0.3,第二部分厚度为1nm,Al组分浓度为0.05,栅宽(Wg)为100μm,栅长(Lg)为3μm,栅源极间距(Lgs)为2.5μm,栅极和漏极(Lgd)之间的距离为3.5μm。该器件的阈值电压为1V,当Vds=10V时,器件的峰值跨导为45m S/mm(Wg=0.1mm,Vgs=+3V)。栅压为+10V时电流和饱和电流密度分别达到50m A和500m A/mm(Wg=0.1mm),特征导通电阻为2mΩ·cm2。最后对本文设计的新型常关型器件结构进行拓展,设计了多介质常关型器件并进行了仿真分析。本文所设计的新型常关型器件和无介质层的常开型器件相比,实现了阈值电压1.6V的正向偏移。该结构设计灵活,在材料设计时可以对器件的结构进行预设,使器件设计的影响扩展到材料生长阶段。并且在制作工艺上避免了槽栅刻蚀对器件造成的损伤,优化了势垒层,解决了刻蚀深度不好精确控制的难点,降低了器件的制作成本。

关键词： AlGaN GaN 常关型 Si3N4 HEMT

Polarization-enhanced AlGaN solar-blind ultraviolet detectors

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Photonics Research 2020年第7期8卷 1243-1252页

作者： Ke Jiang Xiaojuan Sun Zi-Hui Zhang Jianwei Ben Jiamang Che Zhiming Shi Yuping Jia Yang Chen Shanli Zhang Wei Lv Dabing Li State Key Laboratory of Luminescence and Applications Changchun Institute of OpticsFine Mechanics and PhysicsChinese Academy of SciencesChangchun 130033China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China Key Laboratory of Electronic Materials and Devices of Tianjin School of Electronics and Information EngineeringHebei University of TechnologyTianjin 300401China Key Laboratory of Advanced Structural Materials Ministry of EducationChangchun University of TechnologyChangchun 130012China College of Materials Science and Engineering Shenzhen UniversityShenzhen 518071China

AlGaN solar-blind ultraviolet detectors have great potential in many fields,although their performance has not fully meet the requirements until now.Here,we proposed an approach to utilize the inherent polarization effect of AlGaN to improve the detector performance.AlGaN heterostructures were designed to enhance the polarization field in the absorption layer,and a high built-in field and a high electron mobility conduction channel were formed.As a result,a high-performance solar-blind ultraviolet detector with a peak responsivity of 1.42 A/W at 10 V was achieved,being 50 times higher than that of the nonpolarization-enhanced one.Moreover,an electron reservoir structure was proposed to further improve the performance.A higher peak responsivity of 3.1 A/W at30 V was achieved because the electron reservoir structure could modulate the electron concentration in the conduction channel.The investigation presented here provided feasible approaches to improve the performance of the AlGaN detector by taking advantage of its inherent property.

关键词： polarization AlGaN ultraviolet

AlGaN/GaN Ultraviolet Detector with Dual Band Response

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Chinese Physics Letters 2011年第5期28卷 253-255页

作者：高博刘红侠王树龙 School of Microelectronics Key Laboratory of Wide Band-Gap Semiconductor Materials and DevicesXidian UniversityXi’an 710071

The AlGaN/GaN ultraviolet detector with dual band response is investigated by a self-consistent solution of the Poisson-Schr(o)dinger equation.Because of the polarization effect,the AlGaN/GaN UV detector with dual band response can be realized by varying the external voltage.At a low external voltage,the detector is mainly sensitive to the short wavelength.When the increasing external voltage is larger than the critical voltage,the detector has an obvious dual band response characteristic and the critical voltage is calculated.This characteristic makes nitride-based UV detector a larger potential application to develop multi band response by adjusting the Aluminum mole fraction in the AlGaN layer or even by using the AlGaN/GaN/InGaN heterostructure.

关键词： AlGaN/GaN polarization AlGaN