AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究

为了提高AlGaN日盲紫外雪崩探测器的信噪比,降低暗电流,研制高性能日盲紫外探测器,针对AlGaN日盲紫外雪崩探测器暗电流机制进行了深入研究。首先对传统p-i-n-i-n结构雪崩探测器进行了初步研究,分别设计了GaN和AlGaN的两种雪崩探测器模型,分析了其不同暗电流特性,得到的模拟暗电流特性曲线与实验吻合。在此基础上,针对日盲紫外波段高Al组分AlGaN雪崩探测器,重点分析研究了不同异质界面的负极化电荷、p型有效掺杂以及温度等因素对暗电流的影响。在AlGaN日盲紫外雪崩探测器研究中得到的近零偏工作暗电流为2.510-13 A,在反向138 V左右发生雪崩击穿,雪崩开启电流为18.3 nA左右,击穿电压温度系数约为0.05 V/K,与实验及文献测试结果吻合。     

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的研制

采用MOCVD方法在双面抛光的(0001)蓝宝石衬底上生长了高铝组分AlGaN材料,研制出日盲型AlGaN PIN紫外探测器.详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对该器件进行了光电性能测试.测试结果表明:器件的正向开启电压约为4.5 V,反向击穿电压大于20 V;常温下(300 K),该器件在3 V反向偏压下的暗电流约为50 pA,在零偏压下270 nm处峰值响应度达到0.12 A/W,长波截止波长小于285 nm.     

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。     

283 nm背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器

实验中使用在蓝宝石衬底上用低压金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长的AlGaN基p-i-n结构材料,通过对工艺流程的优化设计,制作了背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器,获得了较高的外量子效率。材料中p区和i区的Al组分为40%,n区Al组分为65%。探测器为直径500 m的圆形,光谱响应起止波长为260~310 nm,峰值响应波长283 nm。零偏压下,暗电流密度为2.710-10 Acm-2,对应的R0A参数为3.8108 cm2,峰值响应率为13 mA/W,对应的峰值探测率为1.971012 cmHz1/2W-1。其在-7 V偏压下,峰值响应率达到148 mA/W,对应的外量子效率达到63%。     

日盲型AlGaN PIN紫外探测器的电容特性

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.     

AlGaN MSM结构日盲型紫外探测器

采用低压-金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在(0001)方向的AlN/蓝宝石模板上生长得到Al组分为40%的AlGaN材料,设计并制作了MSM型AlGaN日盲紫外探测器。通过HRXRD,SEM,AFM对AlGaN材料进行了表征,结果表明:该材料为六方相结构,且应变程度很小,粗糙度(RMS)为1.32 nm。通过测试器件在230³20 nm之间、在不同偏压下的光谱响应曲线,发现器件的截止波长在285 nm附近,截止边很陡峭;器件的峰值响应波长为275 nm;在7 V偏压下,器件峰值响应度达到最大2.8 mA/W;零偏压下,器件的暗电流1×10-13A,器件的暗电流很小。     

背照式AlGaN/GaN基PIN日盲型紫外探测器的研制

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...     

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。     

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.     

基于日盲型AlGaN的紫外相机设计

在"日盲段"240～290 nm进行窄波段探测,具有背景干扰小的优势。相比于传统紫外探测器必须协同窄带滤光片工作,AlGaN具有固有窄波段控制和无需制冷两大优点。介绍了基于日盲型AlGaN焦平面器件的紫外相机的软、硬件设计。紫外相机由紫外透射式光学系统,日盲型AlGaN器件,偏置电路及驱动电路,低噪声前放、数据处理及传输单元构成,核心器件AlGaN采用背照式PIN阵列通过铟柱倒焊于硅基电容反馈跨导放大器(CTIA)读出电路的结构。紫外相机的设计指标为:光学口径80 mm,焦距130 mm,像元尺寸50μm,瞬时视场0.4 mrad,总视场3°,积分时间可控,帧率最高可达100帧/s。经初步室内测试,效果良好,对发展日盲型面阵AlGaN应用平台做出了有意义的探索和研究。     

246nm p-i-n型背照AlGaN太阳盲紫外探测器的研制

设计并制备出短波长p-i-n型背照AlGaN太阳盲紫外探测器,响应波段为225～255 nm,峰值波长为246nm.材料为在蓝宝石衬底上生长的背照式p-i-n型异质结结构,n型窗口层的AlxGa1-xN中的Al组分为71%,非故意掺杂吸收层中的Al组分为52%.零偏压下测得的暗电流为27 pA,光电流为2.7nA,峰值...     

光网络中分光探测器薄膜的研制

光通讯网络监控系统中的分光探测器用于检测光信号的流量,在通信和信号检测领域具有非常广泛的应用.为满足器件使用需求,采用离子束辅助沉积(Ion beam aided deposit,IBAD)技术,对在1260~1620 nm波长范围内透射、反射能量分光比为50:50的分光探测器薄膜进行了研制。主要分析并解决了镀膜材料光学常数计算的问题,通过建立误差函数,优化并降低镀膜材料光学常数计算的误差。在设计分光探测器薄膜时,通过增加虚设层来平滑光谱曲线,同时降低膜厚的敏感度,也降低了制备工艺的难度。制备的分光探测器薄膜在1260~1620 nm波长范围内透射、反射分光比小于50:50(±0.5%),满足分光探测器指标参数要求。     

复合沟道氟离子增强型AlGaN/GaN HEMT的研究

提出一种复合沟道氟离子(F-)增强型AlGaN/GaN HEMT(Hybrid-channel enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT,HCE-HEMT)新结构。该结构引入高、低浓度F-复合沟道,其中高浓度F-注入区位于沟道靠近源漏两端以调制阈值电压,获得增强型器件;低浓度F-区位于沟道中部以调制肖特基栅电极的正向开启电压,增加器件承受的栅电压摆幅,但它对其下方二维电子气的耗尽作用很弱。同时,高浓度区只占栅长的40%,减轻高浓度F-对沟道的影响,提升器件的电流能力。利用Sentaurus软件仿真,结果显示,与传统F-增强型AlGaN/GaN HEMT相比,HCE-HEMT载流能力提高了40.3%,比导通电阻下降了23.3%,同时反向耐压仅下降了5.3%。     

Photocurrents in a metal-semiconductor-metal photodetector

Photocurrents in a metal-semiconductor-metal (MSM) photodetector have been analyzed in a one-dimensional structure using both time-dependent and steady-state continuity equations. Analytical solutions are presented for the carrier concentrations as well as for the currents, which form a valuable tool for the investigation of the detector behavior under various bias conditions. Applying these expressions to a GaAs device, we have studied the influence of carrier diffusion, recombination, and drift on the photocurrents as a function of the applied bias voltage. We also show that the switching time at low bias voltage is dominated by a voltage-independent diffusion time constant which is of particular interest when using the device as an optoelectronic sampling gate. On the other hand, carrier recombination is found to have minimal influence on DC characteristics and pulse response     

一种带有极化掺杂电流阻挡层的垂直AlGaN/GaN HFET

针对传统垂直GaN基异质结场效应晶体管中,由于GaN电流阻挡层内p型杂质激活率低而导致的漏电问题,提出了一种使用AlGaN极化掺杂电流阻挡层的垂直GaN基异质结场效应晶体管结构。在AlGaN极化掺杂电流阻挡层中,通过Al组分渐变而产生的极化电场来提升p型杂质激活率,能更加有效地抑制截止状态下通过极化掺杂电流阻挡层的泄漏电流,从而提升器件的耐压能力。此外,极化掺杂电流阻挡层内空穴浓度的增大会降低器件导通电阻,但由于极化掺杂电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的二维电子气会阻挡耗尽层向缓冲层内的扩展,极化掺杂电流阻挡层的使用对器件导通电阻几乎没有影响。     

Bipolar optical modulation and demodulation using dual-mode fiberand a fast diffusion-driven photodetector

A bipolar fiber-optic signal processing and photodetection concept which combines a dual-mode optical fiber with a fast diffusion-driven photodetector is demonstrated. A discussion of the concept is given, and the results of a simple experiment are given. Various permutations of the ideas described can permit different kinds of coherent and incoherent optical-signal processing and optical control of pulsed photodetection