张昊翔[1]2001年在《硅基GaN薄膜材料及紫外探测器原型器件研究》文中研究说明近年来，宽禁带半导体材料GaN在短波长发光器件、光探测器件以及抗辐射、高频和大功率电子器件方面的广阔应用前景而备受关注，发展十分迅速。由于体单晶难以制备，生长高质量的单晶薄膜材料是研究开发GaN基器件的基本前提条件。目前，蓝宝石是GaN异质外延最常用的衬底材料。其制备工艺成熟，但蓝宝石本身不导电，且解理较为困难。相比较而言，Si是另一类极具发展潜力的衬底材料。Si价格更便宜，易于获得大尺寸材料和制作电极，更为诱人的是，有可能实现GaN器件与成熟的Si电路的光电集成。因而，开展Si基上的GaN薄膜材料的外延生长具有极其重大的应用意义。 本论文在系统总结了国内外GaN材料制备和器件工艺的研究历史和现状的基础上，利用反应蒸发外延系统，对硅衬底上GaN的外延生长、掺杂和紫外探测器原型器件进行了研究，通过对生长样品和制备器件的各项分析测试和理论分析，取得一些创新成果：1、采用与MOCVD、MBE及HVPE不同的简便的反应蒸发法，利用GaN多晶缓冲 层首次成功地在Si（111）衬底上直接生长出了六方结构的GaN单晶薄膜。 实验证明这种生长方法可行。2、采用SEM、XRD、TEM、XPS、SIMS、PL、SRP和Hall对GaN薄膜的表面形貌、 结晶学性质、外延缺陷、组分、发光和电学特性作了研究。分析测试结果 表明在Si衬底上生长的GaN薄膜性能良好。3、采用特殊设计的衬底双面加热装置、生长结束后阶段降温的独特工艺以及 特殊的缓冲层技术，可以有效地抑制生长在Si衬底上的GaN薄膜开裂。4、采用晶格渐变缓冲层技术，用Si_3N_4作过渡层，发现其有利于GaN多晶缓 冲层的形成，为后续的GaN外延生长提供了一个更好的模板。 浙江大学博士学位论文 硅基GaN薄膜材料及紫外探测器原型器件研究 5、提出了a基GaN之间的晶体学位相关系，发现硅衬底与GaN薄膜之间存 在自相似形，即所谓的“记忆效应”：同时提出适合本系统生长＊aN／出的 生长机理，其生长方式符合混合型（S七）生长模式。 6、采用离子注入和退火的技术实现了p型掺杂，形成了卜n结，并获得了较色 高的空穴浓度和空穴迁移率。 7、利用磁控溅射技术在反应蒸发制备的 GaN亿 i外延层表面沉积金属＊和 Pt， 光刻后形成叉指状电极，工V特性测试表明经过退火后＊电极与n－GaN表 面形成欧姆接触，Pt电极与n－GaN表面形成肖特基接触。
张银珠[2]2006年在《脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和Li-N共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制》文中提出ZnO是一种直接带隙宽禁带Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,其晶体结构、晶格常数和禁带宽度都与GaN非常接近。ZnO最大的优势在于它的激子束缚能很大,约为60meV,是GaN激子束缚能的两倍多,可以在室温或更高温度下实现激子受激发光。因此,ZnO在短波长光电器件领域有着巨大的应用潜力。 本文利用自行设计建立的脉冲激光沉积(PLD)系统,进行了Zn_(1-x)Mg_xO合金薄膜和ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多层异质结构的生长、p型Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的初步探索以及p型ZnO薄膜的掺杂研究,并研制了一个硅基ZnO光电导型紫外探测器。研究硅基ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多层异质结构和量子阱结构的结晶质量和发光特性,为ZnO光电器件的研发奠定基础。而Zn_(1-x)Mg_xO薄膜p型转变的成功能为ZnO异质p-n结器件做好材料准备。本文采用一种新的共掺技术——Li-N双受主共掺,成功制备了低电阻率的p-ZnO薄膜。 1.硅基Zn_(1-x)Mg_xO合金薄膜及ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO异质结和量子阱结构 利用自制PLD系统在p-Si(100)上生长Zn_(1-x)Mg_xO合金薄膜。从生长参数对薄膜的结构、形貌和光学性能的对比研究中,找到可适用于硅基ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO异质结构生长的合金薄膜的优化工艺参数。优化条件下制得的薄膜晶体质量良好,均具有高度c轴择优取向性,其晶体结构与ZnO的一致,表面粗糙度约为1nm,与ZnO的晶格失配度仅为-0.35%。 首次采用PLD技术在Si(100)和ZnO/Si(100)上生长Zn_(1-x)Mg_xO/ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO双异质结,得到了具有完全c轴择优取向的晶粒致密的多层异质结构。其室温PL谱中均可以观察到异质结中ZnO层位于～3.3eV的近带边发光,无明显的深能级缺陷发光,表明多层异质结构的结晶质量较高。在ZnO/Si(100)上还尝试生长了ZnO/Zn_(1-x)Mg_xO多量子阱结构,所得的是多层纳米结构。 首次以Li为受主掺杂元素,实现了Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的p型转变,电阻率为10.1Ωcm,载流子浓度为2.45x10~(18)cm~(-3),迁移率为0.251cm~2/Vs。这项工作还在继续系统研究中。
赵斌[3]2015年在《基于ZnO微米线发光及紫外探测器件的研制》文中指出紫外光电器件在绿色照明,光通信和紫外探测等方面有着广泛的应用和巨大的前景。II-VI族半导体氧化锌(Zn O)材料作为一种直接带隙半导体,其室温下具有3.37 e V的禁带宽度和高达60 me V的激子结合能,是一种实现室温下高效的紫外激光的候选材料,而且Zn O还具有原材料丰富,价格低廉,安全环保等优点。Zn O极易制备各种纳米结构,纳米Zn O材料由于高的结晶质量和量子效应的作用,在发光和紫外探测上具有重要应用潜力。Zn O微米结构与纳米结构相比,同样具有单晶的结晶质量,并且具有更易于操作及制备器件的尺寸、自带谐振器等优点。本文围绕了Zn O微米线的可控生长和光电器件的制备进行了研究探索,并取得了如下的创新性研究成果:1.利用化学气相沉积(CVD)的方法制备出截面为四边形的氧化锌微米线,这种微米线具有F-P谐振腔模式,并通过生长温度实现了对尺寸的初步可控生长。我们使用Ag纳米颗粒对Zn O微米线进行了包覆,利用Ag等离子体基元与微米线F-P腔模式发生强耦合,光致发光增强效果可以高达102倍。2.制备了基于单根Zn O微米线的绿光电致发光器件,其中心波长位于500nm,通过Au纳米颗粒对表面的修饰,使缺陷态的发光产生了能量转移,变为中心波长位于600 nm的红光电致发光器件,实现了对发光峰位和颜色的调制作用,并以此为基础通过模板控制Au纳米颗粒的分布,制备出能够同时发出红绿两种光的单根微米器件。3.利用CVD一步生长的方法制备出高结晶质量的Zn O-Ga2O3核壳微米线,氧化锌的晶格能在6-8个原子层的范围内快速过渡到氧化锌的晶格,而且界面处无明显缺陷。利用该核壳微米线制备出高性能的日盲(200-280 nm)波段的雪崩探测器,该器件在6 V下254 nm处的响应度可达1.3×103 A/W,探测率为9.91×1014 cm·Hz1/2/W,响应时间小于20μs,主要性能高于目前商业Si雪崩二极管。该器件在-10 V偏压下有高达5.77×105%的外量子效率,正的温度系数证明该器件的高增益来源于雪崩倍增效应。
苏志国[4]2007年在《GaN基光导器件的光电导研究及紫外薄膜材料均匀性测试系统》文中认为氮化镓基材料是一种直接宽带隙半导体材料，具有优异的物理和化学性质，是制备高温、高功率、高频电子器件以及发光二极管、激光二极管和光电探测器等光电子器件的重要材料。本文着重围绕氮化镓基材料性能进行了部分研究，制备了非故意掺杂的n型GaN光导探测器件，并对该器件进行了一系列测试、分析。实验发现GaN的持续光电导与照射光强有着一定的关系，变化光强会引起光电导曲线的显着变化，并且随着光强的增大，光电流随之增强。当有长波参与光照时，照射光由弱逐渐变强，所测的器件会由正常的光电导(PC)和持续光电导(PPC)响应逐渐过渡到负光电导(NPC)和负持续光电导(NPPC)，并且光强越强，该现象就越明显。分析认为，该现象是由于GaN作为一种直接宽带隙材料，其禁带中的电子陷阱与空穴陷阱对光生载流子俘获和复合竞争的结果。另外，本文还利用对材料透射率面分布来评价材料均匀性的原理，自主研制了一套紫外薄膜材料均匀性测试系统。该系统由氙灯、单色仪、外光路、二维步进扫描装置、光电探测器、数据采集和记录设备等部分组成，采用LabVIEW软件编程，可以实现对材料的无损伤测试，并对材料的非均匀性给出定量的评价。文章利用均匀性测试系统对不同结构和不同生长条件的GaN基外延材料进行了测试比较，测试结果显示，含铝65％的单层材料的均匀性要优于含铝为45％和30％的材料；缓冲层退火时间1000s的材料均匀性要优于退火时间300s的材料；缓冲层退火采用高低温结合的材料均匀性要优于仅采用低温退火的材料；生长过程中舟旋转的材料均匀性要优于舟不旋转的材料。该系统研制的成功，使得可以在芯片流片前，对材料进行筛选，将材料对器件均匀性的影响降到最低，节省了大量的人力、物力和财力。
参考文献：
[1]. 硅基GaN薄膜材料及紫外探测器原型器件研究[D]. 张昊翔. 浙江大学. 2001
[2]. 脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和Li-N共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制[D]. 张银珠. 浙江大学. 2006
[3]. 基于ZnO微米线发光及紫外探测器件的研制[D]. 赵斌. 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所). 2015
[4]. GaN基光导器件的光电导研究及紫外薄膜材料均匀性测试系统[D]. 苏志国. 山东大学. 2007