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1、第19卷第3期 半 导 体 学 报 Vol.19,No.31998年3月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMar.,1998GaNö6H-SiC紫外探测器的光电流性质研究臧 岚 杨 凯 张 荣 沈 波 陈志忠 陈 鹏 周玉刚 郑有 (南京大学物理系 南京 210093)黄振春(NASAGoddardSpaceFlightCenter,Code718,Greenbelt,MD20771,USA)摘要 本文研究了以金属有机物化学气相沉积方法生长在6H2SiC衬底上的GaN外延薄膜制成的光导型紫外探测器的光电流性质.通过对其光电
2、流谱的测量,获得了GaN探测器在紫外波段从250～365nm近于平坦的光电流响应曲线,并且观察到在～314eV带边附近陡峭的截止边,即当光波长在从365nm变到375nm的10nm区间内,光电流信号下降了3个数量级.在360nm波长处,我们测得GaN探测器在5V偏压下光电流响应度为133AöW,并得到了其响应度与外加偏压的关系.通过拟合光电流信号强度与入射光调制频率的实验数据,我们获得了GaN探测器的响应时间及其与偏压的关系.PACC:7240,68551 引言氮化镓(GaN)是一种宽禁带的直接带隙半导体.由于它在微电子与光电子学领域的应[1,2]用潜力,近年来成为半导体材料研究的新热点
3、.GaN作为高效率的蓝光与紫外光电发射[3,4]器件的一种重要材料,得到了广泛的研究和应用.随着GaN基材料与器件制备工艺的发展,对于以前半导体技术所不能涉及的蓝光到紫外光这一波段区间,现在得到了开发与利用.GaN材料有着很宽的直接带隙,很高的击穿场强,很高的热导率和非常好的物理、化学稳定性,使它适用于蓝光及紫外光发射器件,紫外光电探测器和高温大功率管的研制.由于GaN基材料外延技术的进步,高质量的单晶GaN薄膜目前已经用各种制备方法获得,其中[5～8][9]包括金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE).光导型紫外探测[10,13][6]器,蓝光发光二极管(LEDs),
4、蓝光激光二极管(LDs),金属半导体场效应管(MES2臧 岚 男,1973年出生,硕士研究生,现从事GaN蓝光材料的光学性质的研究杨 凯 男,1971年出生,博士研究生,主要从事GaN基蓝光半导体材料制备及其性质研究张 荣 男,1964年出生,教授,目前主要从事GaN,SiC半导体蓝光材料和器件的研制及其性质研究1997201219收到,1997204222定稿198 半 导 体 学 报 19卷[5][7]FETs)和异质结场效应管(HFETs)等都已研制成功.本文报道了以MOCVD方法生长在6H2SiC衬底上的基于GaN外延层的光导型紫外探测器的性质.从理论
5、上来讲,GaN探测器对能量大于314eV的光子有很大的响应度.这个性质使它极适用于在红外及可见光背景下探测紫外辐射,所以GaN紫外探测器无论在军用还是在民用上都有重要应用价值.Joshi等人通过数值模拟估算出金属2半导体2金属型GaN[11]探测器具有小到几个皮秒的响应时间,而且GaN薄膜有着较大的光吸收深度,使GaN光电探测器避免了由表面复合和表面散射引起的一系列问题.在本文中,光电流谱(PC谱)显示了～314eV处的陡峭的截止边和对紫外光波段的持续光电流响应.我们采用一种简便的方法确定了GaN紫外探测器的响应时间,并讨论了在紫外光波段的光电导性质.2 实验实验样品是基于MOCVD方法
6、生长在6H2SiC衬底上的单晶六角GaN薄膜的紫外探测器.外延层生长采用三甲基镓(TMGa)和高纯氨气(NH3)作为生长源,利用氢气作为载气,生长中运用了薄的GaN缓冲层(～25nm).外延层薄膜厚度由光反射谱的干涉峰测定为112Lm,样品为非故意掺杂n型,电子载流子浓度17-3的典型值约为1×10cm.利用GaN外延层制备光导型紫外探测器,并采用标准的光刻工艺作成梳状电极,如图1所示.梳状金电极每条宽为5Lm,长015mm,间隔为210Lm.每组探测器图形感光表面积约为110mm,2其中每个探测单元的感光面积为0125mm.利用半导体参数分析仪测量了样品的伏安特性,伏安特性正反向均为线
7、形,表明良好的欧姆特性,其中GaN探测器的暗电阻测得为1208.光电流谱的测量采用了500W风冷氙灯,光栅单色仪,机械斩波器和锁相放大器(EG&G图1GaN紫外探测器电极的显微镜图象5210型)等设备.光电流测量电路是一个包括直流稳压源,GaN光电探测器和取样电阻的回路.在光照和无光照的条件下,GaN紫外探测器的光生电流可通过取样电阻两端的的电压变化经过锁相技术测得.3 结果和讨论在测量光电流谱的过程中,光源是经过30Hz机械斩波的
