GaN基p-i-n型雪崩探测器的制备与表征

制备和表征了p-i-n型的GaN基雪崩探测器.器件在-5V下的暗电流约为0.05 nA,-20 V下的暗电流小于0.5 nA.响应增益-偏压曲线显示,可重复的雪崩增益起始于80 V附近,在85 V左右增益达到最大为120,表明所制备的器件具有较好的质量.C-V测量用来确定载流子的分布和耗尽信息,结果显示,P型层在15 ...     

AlGaN-Based Solar-Blind Schottky Photodetectors Fabricated on AlN/Sapphire Template

We report AlGaN-based back-illuminated solar-blind Schottky-type ultraviolet photodetectors with the cutoff- wavelength from 280nm to 292nm without bias. The devices show low dark current of 2.1× 10^-6A/cm^2 at the reverse bias of 5 V. The specific detectivity D＊ is estimated to be 3.3 × 10^12cmHz^1/2 W^-1 . To guarantee the performance of the photodetectors, the optimization of AlGaN growth and annealing condition for Schottky contacts were performed. The results show that high-temperature annealing method for Ni/Pt Schottky contacts is effective for the reduction of leakage current.     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

InN分凝的InGaN薄膜的光致发光与吸收谱

我们用低压MOCVD在蓝宝石衬底生长了InGaN/GaN外延层.用X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL),光吸收谱等测量手段,研究了InGaN的辐射发光机制.In组分利用Vegard定理和XRD测量得到.我们发现随着In组分的增加,在光吸收谱上发现吸收边的红移和较宽的Urbach带尾;PL谱中低能端的发射渐渐成为主导,并且在PL激发谱中InGaN峰也变宽.我们认为压电效应改变了InGaN的能带结构,从而影响了光学吸收特性.而在InN量子点中的辐射复合则是InGaN层发光的起源.     

MOCVD生长的InGaN薄膜中InN分凝的研究

利用X射线衍射(XRD)技术测量了MOCVD生长的InGaN薄膜中的InN分凝量.利用Vegard定理和XRD 2θ扫描测得实验的InGaN薄膜的In组分为0.1～0.34.通过测量XRD摇摆曲线的InN(0002)和InGaN(0002)的积分强度之比测得InN在InGaN中的含量为0.0684%～2.6396%.根据XRD理论,计算出InN和InGaN的理论衍射强度.InN含量在所有样品中均小于3%,这表明样品的相分离度比较低.还发现InN在InGaN薄膜中的含量与氮气载气流量和反应室气压明显相关.     

94K低温下和室温下GaN基MSM紫外光探测器性能的比较

在采用MOCVD技术生长的GaN膜上制备出MSM紫外光探测器，分别在室温下和94K低温下，测量了探测器对不同光波长的响应、同一光波长下对不同偏压的响应、不同斩波频率下的响应。结果表明，在94K下响应有了很大的改善。当光波长从360nm增加到450nm时，响应下降了3个数量级，而常温下只下降两个数量级，但探测器的时间响应常数变长了。     

Optical and Electronic Properties of InGaN／GaN Multi—Quantum—Wells Near—Ultraviolet Lighting—Emitting—Diodes Grown by Low—Pressure Metalorganic Vapour Phase Epitaxy

The near-ultraviolet lighting-emitting-diodes (UV-LEDs) with the InGaN/GaN multi-quantum-well (MQW) structure were grown by low-pressure metalorganic vapour phase epitaxy. The double crystal x-ray diffraction revealed a distinct second-order satellite peak. The near-ultraviolet InGaN/GaN MQW LEDs have been successfully fabricated to emit at 401.2nm with narrow FWHM of 14.3nm and the forward voltage of 3.6 V at 20 mA injection current at room temperature. With increasing forward current from l 0 mA to 50 mA, the redshift of the peak wavelength was observed due to the band-gap narrowing caused by heat generation.     

采用N2-RF等离子体氮化GaAs(001)

研究了在MBE系统中,GaAs(001)表面的氮化过程。GaAs(001)表面直接和间接地暴露在等离子体激发的N₂气流下。两种氮化过程显示了完全不同的表面氮化结果。在打开N₂发生器挡板的情况下,氮化导致GaAs(001)表面损伤,并且形成多晶结构。当增加N₂气压时,损伤变得更严重。但是,在关闭N₂发生器挡板的情况下,在500℃下,经过氮化将观察到(3×3)再构的RHEED花样,表面仍保持原子级的平整度。上述结果表明,不开N₂发生器挡板,低温(500℃下)氮化将在GaN外延生长之前形成平整的薄层c-GaN。     

TiAl3 和Ti/TiAl3 非合金化电极n型GaN欧姆接触的实现

在不进行合金化的情况下,首次直接采用TiAl3合金材料作为金属接触电极.在蓝宝石衬底上生长的n型载流子浓度为2×1018 cm-3的GaN上,成功地得到低接触电阻的欧姆接触,并由环形传输线模型方法测得比接触电阻率为3×10-5 Ω*cm2.与通常n型欧姆接触采用的Ti/Al双层结构比较,TiAl3合金结构更容易形成非合金化的n型欧姆接触.在此实验基础上,进一步分析了N空位和界面层处的TiAl3在形成非合金化或低温退火欧姆接触中发挥的作用,由此设计的Ti/TiAl3/Ni/Au接触结构,在TiAl3合金结构基础上明显地降低了接触电阻率.     

In气氛下晶体生长对Mg掺杂p-Al_xGa_(1-x)N激活能的影响

Ⅲ-Ⅴ族氮化物宽禁带半导体材料体系中,普通方法生长的p型外延层电导率一般都很低,成为了制约器件性能提高的瓶颈。在p-AlxGa1-xN材料中,Mg受主的激活能较大,并且随Al组份增加而增大。通过在p-AlxGa1-xN材料生长过程中引入三甲基铟(TMIn),发现能有效地降低AlxGa1-xN材料中受主态的激活能。为研究不同In气氛下生长的p-AlxGa1-xN材料的性质,在使用相同二茂基镁(CP2Mg)的情况下,改变TMIn流量,生长了A,B,C和D四块样品。X射线衍射(XRD)组份分析表明:在1100℃下生长AlxGa1-xN外延层时,In的引入不会影响晶体组份。利用变温霍尔(Hall)测试研究了p-AlxGa1-xN材料中受主的激活能,结果表明:In气氛下生长的外延层相比无In气氛下生长的外延层,受主激活能明显降低,电导率显著提高。采用这种方法改进深紫外发光二极管(LED)的p-AlxGa1-xN层后,LED器件性能明显提高。