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1、第26卷第8期半导体学报Vol.26No.82005年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,20053AlGaN基PIN光电探测器的模型与模拟张春福郝跃张金凤龚欣(西安电子科技大学微电子所宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安710071)摘要:在漂移扩散方程的基础上建立了AlGaNp2i2n光电探测器的物理模型,分析了多种结构AlGaNp2i2n光电探测器的光谱响应,并讨论了AlGaN/GaN异质结界面极化效应对太阳盲区p2GaN/i2Al0.33Ga0.67N/n2GaN倒置异质结结构p2i2n光电探测器(invert
2、edheterostructurephotodetectors,IHPs)UV/Solar选择比(280nm与320nm响应度之比)的影响.结果表明:优化p层是提高器件光谱响应的有效途径;为获得较高的UV/Solar选择比,光伏模式(零偏压)为太阳盲区p2GaN/i2Al0.33Ga0.67N/n2GaNIHPs的最佳工作模式;在光伏模式下考虑极化效应影响时,Ga面p2GaN/i2Al0.33Ga0.67N/n2GaNIHPs器件的UV/Solar选择比可达750,与Tarsa等人报道的三个量级的实验结果基本一致.关键词:pin光电探测器;光谱响应;太阳盲区;UV
3、/solar选择比;极化效应PACC:7280E;7820;7730+中图分类号:TN36412文献标识码:A文章编号:025324177(2005)0821610206段高Al组分、高质量、高有效掺杂的p型AlGaN相[9]1引言对较难获得,Tarsa等人给出了p2GaN/i2AlGaN/n2GaN倒置探测结构,这种结构用窄带的GaN材料作为第三代半导体材料的GaN属直接带隙半代替高Al组分的透射窗口,降低了对工艺的要求,导体,具有禁带宽度大、电子饱和速度高、介电常数是取得真正太阳盲区的捷径之一.[10]小等优点.优越的物理化学稳定性使其可以在苛刻Pulfrey
4、等人首先建立了GaNp2i2n同质结[1～2][11]的条件下工作,适合制备多种器件.特别是其三光电探测器模型,Poochinda等人对GaN和In2元合金AlGaN,随Al组分的变化禁带宽度在314～GaNp2i2n及n2i2n光电探测器进行了模拟和讨论.612eV之间连续变化,对应波长范围为200～本文中,我们在飘移扩散方程的基础上建立了Al2365nm,是制作紫外探测器的理想材料之一.AlGaNGaN基pin紫外探测器的物理模型,对多种同质结基紫外探测器能有效地探测、跟踪释放大量紫外线及异质结结构的p2i2n光电探测器的光谱响应进行的目标,可用于空载、舰载、
5、地面探测预警系统,还可了研究.并在此模型的基础上特别讨论了含Al组用于空间紫外通信、臭氧层监测等领域.由于GaN分33%的p2GaN/i2Al0.33Ga0.67N/n2GaN倒置探测及其合金的优越性质及其在紫外探测器应用的广泛结构的光谱响应曲线.结果表明:在AlGaN基p2i2n前景,使AlGaN基宽禁带半导体紫外探测器成为研紫外探测器中,p层极大影响着探测器的性能,对p[3～6]究热点之一.层进行优化是提高探测器光谱响应的最有效途径之[7]为了应用于太阳盲区(200～300nm),Al组一.光伏模式下,在p2GaN/i2AlGaN/n2GaN倒置探分为33%的
6、AlGaN基紫外探测器(吸收边在测结构中若考虑极化效应的影响,器件的UV/Solar[8,9]300nm左右)引起了人们的特别关注.由于现阶选择比(280nm与320nm的光谱响应之比)达750,3国家重点基础研究发展规划资助项目(批准号:51327020301)张春福男,1979年出生,博士研究生,主要研究方向为GaN材料及器件.E2mail:zhangchunfu@126.com郝跃男,1958年出生,教授,博士生导师,主要研究方向为超深亚微米VLSI可靠性、理论与设计方法,新型宽禁带半导体器件与关键技术,以及系统集成(SOC)设计与设计方法学等.200520
7、1221收到,2005203222定稿Z2005中国电子学会第8期张春福等:AlGaN基PIN光电探测器的模型与模拟1611与Tarsa等人三个量级的实验结果相符较好;为获体,价带与导带之间的直接复合是起主导作用的复[15]得较高的UV/Solar选择比,光伏模式为GaN/合机理,因此我们主要考虑直接复合.电子和空[16]Al0.33Ga0.67N/GaN倒置异质结光电探测器最佳工穴的净复合率可表示为作模式.2Ud=R-G=r(np-ni)(6)其中n为电子浓度;p为空穴浓度;ni为本征载流2器件物理模型-11子浓度;r为电子2空穴复合几率;取r=3×10首先,在
8、GaN及其
