AlGaN日盲紫外焦平面阵列均匀性研究

结合外延材料工艺、芯片工艺及互连集成工艺具体情况,分析了AlGaN外延材料、探测器阵列芯片及倒焊芯片的均匀性特点,讨论了影响外延材料Al组分分布均匀性、芯片电阻和电容分布均匀性的各种因素。在此基础上,提出了改进器件均匀性的技术途径。利用MOCVD外延材料生长技术,生长了背照式AlGaN-pin异质结构外延材料,并利用所生长的外延材料制作了320×256元AlGaN日盲紫外焦平面阵列器件。测试所制作的器件,结果显示,其光谱响应范围为255~280nm,位于日盲波段,0V偏置时272nm峰值波长响应度大于0.16A/W(外量子效率大于72.9%),有效像元数大于99.2%,响应非均匀性小于3.36%。     

AlGaN紫外探测器及其焦平面阵列技术研究进展

AlGaN紫外探测器及其焦平面阵列具有本征可见光盲特性,并可实现无需滤光片的日盲探测,且为全固态器件,是紫外探测技术的一个重要发展方向。文章介绍了AlGaN紫外探测器与焦平面阵列的研究现状及其存在的问题。在此基础上,分析了AlGaN雪崩光电二极管(APD)发展的基本条件,并介绍了AlGaN APD的发展现状及趋势。     

日盲单光子紫外探测器的发展

对于诸如高超音速飞行器的早期探测和预警、以及在日盲紫外波段的应用等非常微弱信号的探测来说,可以光子计数的单光子探测器特别令人感兴趣.雪崩光电二极管( APD)具有高速度、高灵敏度和光学增益大等优点.AlGaN合金易于通过改变摩尔组分来选择截止波长.对于在日盲波段实现单光子灵敏度而言,AlGaN APD是最有希望的半导体器件技术.通过对近年来的国内外相关文献资料的归纳分析,介绍了日盲AlGaN探测器的概念,比较了高超音速飞行器的红外与日盲紫外辐射特征,介绍了基于盖革模式与线性模式APD的日盲紫外单光子探测器的发展动态.     

背入射AlxGa1-xN 64×1线列焦平面太阳光盲探测器

在蓝宝石衬底上用MOCVD生长的材料制备了背入射Al0.42Ga0.58N/Al0.5Ga0.5N P-I-N型64元线列焦平面太阳光盲紫外探测器。测试了器件的光谱响应,其截止波长为285nm,在275nm峰值波长处的零偏电流响应率为20mA/W。测试了线列器件各元在5V反偏压下的暗电流,结果表明暗电流大约在10-8A数量级,暗电流分布均匀。线列器件各元的紫外光响应均匀性较好。     

背入射AlxGa1-xN64×1线列焦平面太阳光盲探测器

在蓝宝石衬底上用MOCVD生长的材料制备了背入射Al0.42Ga0.58N／Al0.5Ga0．5NP—I—N型64元线列焦平面太阳光盲紫外探测器。测试了器件的光谱响应,其截止波长为285nm,在275nm峰值波长处的零偏电流响应率为20mA／W。测试了线列器件各元在5V反偏压下的暗电流,结果表明暗电流大约在10^-8A数量级,暗电流分布均匀。线列器件各元的紫外光响应均匀性较好。     

日盲紫外焦平面探测器的抗辐射加固设计

设计了一款320×256元抗辐射日盲紫外焦平面阵列探测器,重点针对探测器的读出电路版图、积分开关偏置点、探测器芯片外延结构及器件工艺开展了抗辐射加固设计。对加固样品开展了γ总剂量和中子辐照试验和测试,试验结果表明样品的抗电离辐照总剂量达到150krad(Si),抗中子辐照注量达到1×10¹³n/cm²(等效1MeV中子),验证了抗辐射加固措施的有效性。     

高抑制比背照式AlxGa1-xN pin日盲紫外探测器研究

利用现有外延材料生长技术和器件工艺技术,生长了背照式AlxGa1-xN pin外延材料,并用生长的材料制作了日盲紫外探测器,测试结果表明器件在0V偏压下抑制比达到了6 400。在此基础上,较详细地分析了偏置电压、p-AlxGa1-xN载流子浓度和Al组分、极化效应对背照式AlxGa1-xN pin日盲紫外探测器抑制比的影响及非日盲光生载流子的限制机制。分析表明,提高p-AlxGa1-xN载流子浓度和GaN/AlxGa1-xN异质结极化强度是现有技术条件下提高器件抑制比的有效途径。     

宽禁带半导体日盲紫外探测器研究进展

全固态日盲型紫外探测器具有体积小、功耗小和虚警率低等优点,在机载导弹预警方面具有广阔的应用前景。宽禁带半导体是这类探测器的首选材料,通过调节材料组分可以使响应波段落在日盲区。本文着重介绍以导弹预警为目的的宽禁带半导体紫外探测器的研究进展和前沿动态,分析了AlGaN、MgZnO等不同材料在制备和性能方面的优势和不足,并讨论了半导体日盲紫外探测器的发展方向。     

背照式高量子效率AlGaN日盲紫外探测器设计

高量子效率、高UV/VIS抑制比、宽的光谱响应范围、快的响应速度是AlGaN紫外探测器设计追求的主要目标。为了获得适宜于紫外焦平面阵列的探测器结构,结合MOCVD外延材料生长的特点,采用模拟计算与实验相结合的方法,设计了背照式高量子效率AlGaN日盲探测器。详细介绍了背照式AlxGa1-xN-pin紫外探测器结构参数设计的依据和设计过程,并给出了设计结果,通过工艺实验,对设计结果进行了优化。应用设计结果进行了器件试制,经测试试制器件,其峰值响应波长为270 nm,光谱响应范围为250～282 nm,峰值量子效率达到了57%（0V）,实验表明取得了比较理想的设计结果。     

应变对AlxGa1-xN能带间隙弯曲系数和能带结构的影响

在生长AlxGa1-xN外延层过程中,由于外延层的热膨胀系数和晶格常数与衬底的不同,导致许多残留应变产生,这会影响外延层材料的能带结构和跃迁能.从理论上分析了在赝形应变下AlGaN的能带结构和弯曲系数,并通过对AlxGa1-xN能带间隙的理论结果和实验结果分析比较,得出的能带间隙的弯曲系数与已有文献报道的实验结果相吻合.     

高Al组分N-AlxGa1-xN材料的欧姆接触

基于各层金属间在快速热退火时容易合金化及Ti，Al易被氧化的特点，在高Al组分NAlxGa1xN(x≥0．45)材料上溅射生长多层金属Ti／Al／Ti／Au，并且变化Ti，Al比例以及改变退火温度和时间，得到了金属与高Al组分N-AlxGa1-xN(x≥0．45)材料间的欧姆接触，由传输线模型方法测试得比接触电阻为4.9×10-2Ω·cm2。实验中用到的样品为P(Al0．45Ga0．55N)/i(Al0.45Ga0．55N)／N-Al0．63Ga0．37N多层结构的材料。最后，利用伏安特性和俄歇电子能谱深度分布(AES)研究金属与高Al组分的材料之间形成欧姆接触的原因。     

高Al组分AlxGa1-xN薄膜的弹性-塑性力学性质

采用纳米压痕方法,研究了AlN/sphire模板上的高Al组分AlxGa1-xN薄膜的力学性质,特别是弹性-塑性转变行为.研究表明,AlxGa1-xN薄膜的杨氏模量E随着Al组分的增加而增大,薄膜中产生塑性形变所必要的剪切应力也随着Al组分的增加而增大.在AlxGa1-xN薄膜纳米压痕实验中,观察到位移不连续的跳断("pop-in")行为,并且发现"pop-in"行为强烈依赖于Al组分,Al组分的增加导致这种行为的减少.我们认为随着Al组分的增加,AlxGa1-xN中键能的增强和由于AlxGa1-xN与AlN/sapphire模板之间晶格失配减少这两个因素增加了AlxGa1-xN中新位错形成的阻力,从而导致了AlxGa1-xN薄膜中的"pop-in"行为随Al组分增加而减少.     

高Al组分AlxGa1-xN薄膜的弹性-塑性力学性质

采用纳米压痕方法,研究了AlN/sphire模板上的高Al组分AlxGa1-xN薄膜的力学性质,特别是弹性-塑性转变行为.研究表明,AlxGa1-xN薄膜的杨氏模量E随着Al组分的增加而增大,薄膜中产生塑性形变所必要的剪切应力也随着Al组分的增加而增大.在AlxGa1-xN薄膜纳米压痕实验中,观察到位移不连续的跳断("pop-in")行为,并且发现"pop-in"行为强烈依赖于Al组分,Al组分的增加导致这种行为的减少.我们认为随着Al组分的增加,AlxGa1-xN中键能的增强和由于AlxGa1-xN与AlN/sapphire模板之间晶格失配减少这两个因素增加了AlxGa1-xN中新位错形成的阻力,从而导致了AlxGa1-xN薄膜中的"pop-in"行为随Al组分增加而减少.     

Influence of Polarization-Induced Electric Fields on Optical Properties of Intersubband Transitions in AlxGa1-xN/GaN Double Quantum Wells

用自洽计算的方法研究了极化电场对AlxGa1-xN/GaN双量子阱中子带间跃迁的光学性质和电子分布的影响.发现极化场会导致电压降的出现,从而使得结构对称的AlxGa1-xN/GaN双量子阱具有不对称的导带和价带.极化效应还会使奇数序和偶数序的子带之间发生很大的Stark平移,从而使第一奇数序和第二偶数序子带之间的跃迁波长变短,这将有利于实现工作在通信窗口的光电子器件.同时,由于导带分布的不对称性,电子分布也不对称,从而会影响吸收系数.     

材料结构对AlGaN基分布布拉格反射镜特性的影响

采用低压MOCVD技术生长了AlGaN／GaN、AlGaN／AlN等多种交替生长结构的半导体多层膜分布布拉格反射镜（DBR）。利用X射线衍射、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等测量手段对材料的物理特性进行了分析表征。结果表明，材料结构对DBR的性能影响很大。通过材料的优化生长，获得了反射率高达93.5％、中心波长和发射率都接近理论值的AlGaN／AlNDBR材料。     

基于MOCVD生长的高Al组分AlxGa1-xN的HRXRD研究

通过MOCVD设备,在c面蓝宝石衬底上异质外延了不同Al组分含量的Alx,Ga1-xN材料,生长过程中采用了低温缓冲层技术、脉冲原子外延技术(PALE)和多层超晶格缓冲技术,例如AlGaN/AlN SLs结构,成功得到了表面光滑无裂纹的AlxGa1-xN膜.并且通过HRXRD对材料进行了多个晶面方向上的摇摆曲线和20～ω表征测试,在此测试基础上时材料的Al组分、α轴和c轴的晶格常数以及位错密度进行了相应的计算,并定性的分析了材料的应变状态.