pin结构gan光电探测器性能的研究

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1、太阳能光电工程学院《PIN结构GaN光电探测器性能的研究》课程设计报告书题目：PIN结构GaN光电探测器性能的研究姓名：李常虎专业：光伏材料加工与应用技术班级:光伏材料加工与应用技术本科班准考证号：014411304226设计成绩：指导教师：摘要半导体光电探钏器主要分成两类，光电导型和光伏型。光电导型原理是由于光生载流子造成电导率的变化，光伏型原理是耗尽区的电场使光生载流子产生定向运动形成电流。常见的光伏型探测器是pn结和pin型光电二极管，另一类型是肖特基型光电二极管，其耗尽区是肖特基原理形成。与光伏型相比，光电导型探测器有两个主要优点：具有内增益和制作简单。然

2、而，光电导型探测器要求加偏置，暗电流大，而且速度慢。肖特基型光探测器被认为是速度最快的探测器，但是它的势垒较低，漏电流比pin型大。由于耗尽区窄，而且GaN材料中耗尽区外产生的载流子扩散长度短，肖特基型光探测器量子效率较低。所以本文选择了pin型光探测器的研究，加入i层是为了扩展耗尽区的宽度，增加对光的吸收。关键词：氮化稼探测器PIN饱和电流绪言3第_章GaN基pin型探测器41.1pin型探测器工作原理41.2量子效率及光谱晌应61.3瞬态响应71.4GaN基pin型探测器研究现状8第二章Ga基pin型紫外探测器的研制102.1GaN基pin型探测器分析102.

3、1.1GaN材料p诅紫外探测器102.1.2pin紫外探测器分析102.2材料生长及器件制作122.2.1材料生长122.2.2版图设计132.2.3器件制备143.1暗电流153.2光电流16第四章GaN基pin型紫外探测器高温电气性能174.1不同温度下I—V性能测试及分析174.1.1测试系统的建立174.1.2测试结果处理及分析184.2不同温度下C-V性能测试及分析184.2.1测试系统的建立184.2.2测试结果处理及分析19结论20参考文献21半导体紫外探测器体积小，性能稳定，使用方便。利用现己成熟的硅或III.V族化合物半导体工艺技术，研制开发廉价

4、，高效的宽带隙半导体紫外探测器，对于国防和国民经济建设都具有重要的现实意义。虽然硅基半导体紫外探测器技术比较成熟，但在太阳辐射背景下运行，需配置笨重的带状滤光器，且耐高温、耐腐蚀特性较差。随着宽带隙半导体PIN结构GaN光电探测器的开发应用，将大大简化紫外光谱监测设备，且能在高温和恶劣环境下运行。地球上大气对波长300nm以T的光是不透明的，利用这一光学窗口可以实现太阳盲区紫外探测。在过去几年中，PIN结构GaN光电探测器取得较大进展。但是.真正太阳盲区高速、高灵敏度、低噪声GaN探测器尚未实现。对探测波长在280nm以下的紫外辐射，尚需高质量、高A壤1分的Al：

5、G31'xN合金材料。对于pD结型系列，在高A1组分的Al。GabxN合金材料屮实现高掺杂将面临新的挑战。对GaN及其三元合金中电子空穴的电离系数尚不清楚，理论计算缺乏可靠的数据。GaN材料的完整能带结构和其中的深能级起源和特性等许多理论问题有待于进一步研究探索。尽管如此，GaN基光电探测器已经展示出美好的前景，不久的将来，宽带隙半导体太阳盲区探测器将在半导体工业中占据重要的位置，在军用民用紫外探测、预警、天际及地空通信和紫外弱光成像系统等领域将发挥重要的作用。第一章GaN基pin型探测器1.1pin型探测器工作原理最早出现的光电二极管如图2-1所示，它实质上是一

6、个反向偏置的pn结二极管。反向偏压的作用是加强内电场和加宽耗尽层，在耗尽区中的电场分布如图2。1所示。在入射光的作用之下，在图中所示的吸收区内产生电子一空穴对，吸收区的宽度（或光的渗透深度）与给定波长下入射光强有关。在吸收区产生的电子和空穴在耗尽层内以高漂移速率分别向二极管的两个电极运动。但在耗尽层外因只有速度低的扩散运动，这势必影响对光信号的响应速度。因此，这种简单的Un结光电二极管不适合于高频应用。为了提高响应速度，方法之一是加大反向偏压，加宽耗尽层，使耗尽区与吸收区尽量一致。然而，增大反向偏压是很有限的，最好的方法是减少N区的掺杂浓度，使该区几乎达到木征半导

7、体的状况，这就是下面将要介绍的pin光电探测器。即在P区和'区之间以轻掺杂施主杂质形成近乎本征⑴区。图2,2表示了pin光探测器的原理结构和其内的电场分布。图2・2pm光探剧器的原理结构和电场分布限制pin光探测器响应速度的主要因素有：①载流子横跨耗尽层的漂移时间；②载流子从菲耗尽层区扩散所需时间；③对pF探测器本身的电容和其它寄生电容的充放电时间；④具有异质结结构的pin探测器在异质界而处存在的电荷积累。其中载流子的渡越时间的影响是主要的，它取决于本征区的宽度矽和载流子的漂移速度V。如果本征区太宽，光生载流子在该区的渡越吋间I,二W/V较长而影响响应速度；如果木

8、征区太窄，