GaN材料及MSM结构紫外光电探测器的研究与制备

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GaN是最有前景的直接跃迁宽带隙半导体材料之一,它具有优良的光电性质和优异的机械性能,被认为是制备短波长光电子器件的最佳材料之一。紫外光电探测器可用于科研、军事、太空、环保利其它许多工业领域中。而金属-半导体-金属(MSM)结构的器件因其平面型,工艺简单,便于集成等优点倍受人们的青睐。因此,近年来,用GaN材料制备的MSM光电探测器是人们研究的热门课题之一。本文依据MSM结构探测器的工作原理,设计了器件的结构参数,并分别以蓝宝石和GaAs为衬底材料生长了六方结构和四方结构的GaN材料,在此基础上制备出GaN-MSM紫外光探测器,并取得了一些有意义的结果,我们的器件光响应度最好可达0.21A/w。 本文的主要工作和结果有: (1)通过对GaN的MSM结构探测器的工作原理的分析,我们设计了两种尺寸的器件结构参数,确定了器件的金属电极条宽为2μm,长为100μm,电极间距分别为6μm、10μm两种,器件有效面积分别为104μm×155μm、150μm×155μm。 (2)我们对用MOCVD方法生长的六方相、立方相两类GaN样品材料进行了X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL),喇曼(Raman)散射谱的测量,并对测量结果作了较为详细的分析与讨论。通过XRD测量结果计算得出三个样品材料(两个为六方相:1#、2#,一个为立方相:3#)的(002)晶格常数分别为0.5122nm、0.5214nm、0.4469nm。1#、2#样品的PL谱峰均很窄,其FWHM(半峰宽)仅为7.5 nm和10nm,但两个样品的PL谱均出现了黄峰,1#的黄峰较高,其强度超过了带边峰,而2#的黄峰得到很大改善,其黄带/带边峰强度比仅为0.17。3#的PL谱很弱,只在低温下才观测到谱峰。结合Raman的测量结果我们得出2#材料的晶体质量比1#的好,而立方相的3#样品质量最差。 (3)用Ledit7.50版软件绘制出器件的制版版图。用剥离工艺成功地制备了GaN材料的MSM光电探测器。 (4)测量并研究了MSM光探测器的光谱响应,暗电流,光照Ⅰ—Ⅴ特性等。1#、 l$j gb 2#探测器均在带边峰有较强的光I咧应,并在长波方向陡峭截止:,可见光光 盲性很好。探测器的暗电流在12V下分别为52以A、27 11A。光灵敏度分 别为 0.18A/W和 0.21A/W,这在国内己经达到较好水平。同I时,我们的 1#、 2#探测器均非常耐压,击穿电压高达250V。但3#探测器没观察到应有的 l响应特性,这与立方相结构的GaN材料生长困难,晶体质量不高有关。目 前,我们也未见有立方相 GaN的 MSM光电探测器的报道。
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