真空紫外响应的肖特基型宽禁带半导体光电器件研制和工作机理研究

自上世纪90年代以来，GaN基材料和器件的研究和应用取得了重大进展。随着Al组分的提高，材料的生长质量、掺杂以及欧姆接触都面临严峻的挑战，这成为GaN基材料和器件发展的瓶颈。随着发光在真空紫外的AlN晶体的LED的研制成功，以及各航天大国对太空探测的需求，研制响应在真空紫外波段的探测器显得迫在眉睫。本课题正是针对以上的瓶颈和需求提出的挑战和解决方案，即从蓝宝石衬底和Si衬底上高质量的AlN晶体材料生长着手，利用离子注入、退火激活等工艺实现AlN晶体上欧姆接触并研究欧姆接触的机理，同时，研究高稳定性的金属-AlN晶体肖特基接触，并展开真空紫外波段测试平台的搭建以及真空紫外光源的定标工作，最终研制出工作在真空紫外波段的AlN肖特基器件并研究其工作机理。本课题的提出在国内外尚属首次，课题的成功进行将为高Al组分的AlGaN材料的欧姆接触提供参考意义，并将为我国的太空探测提供有力的科学和技术支撑。

本项目旨在研制AlN材料的肖特基器件，并研究其工作机理。在项目的进行过程中，从AlN的材料制备和表征、AlN材料的不同退火条件下的接触性能及表征、AlN肖特基器件的制备工艺、肖特基器件的测试系统的搭建等几个方面深入展开了研究。由于AlN材料制备难度较高，并且，高铝组分的AlGaN材料的表征和各项测试在国内缺乏相应的测试设备，所以，AlN材料方面的进展未能取得很好的结果。另外，由于真空紫外测试波段的特殊性，需要重新搭建测试系统以完成任务书提出的要求，但由于搭建设备所需的光学部件需从国外采购，且成套的测试系统售价太高，因此在真空紫外的测试方面，也为取得很好的结果。目前，AlN肖特基器件的制备工艺已基本稳定。.在进行上述研究的过程中，项目组取得的其余的研究成果还有以下几个方面。对MOCVD生长的AlGaN pin结构上制备的背照日盲型3×3AlGaN串联紫外探测器进行了光电性能的研究。针对GaN基紫外焦平面,采用单端放大器的CTIA结构作为输入级,设计了一种小面积低功耗的读出电路,分析了电路的电荷增益、注入效率、功耗与噪声等性能指标。并研究了采用溴腐蚀和溴抛光两种表面处理工艺对于HgCdTe材料表面的影响，结果得出：采用溴腐蚀的材料,表面电子较多,电离杂质散射较为严重,所制得器件性能较差,而采用溴抛光的材料,表面电子较少,以晶格散射为主,所制得器件性能良好。对GaN基p-i-n器件的噪声也有部分研究，在冲击振动中, GaN基p-i-n器件的噪声会急剧增加，器件噪声呈现出周期特性,但噪声幅度随着时间减小。器件噪声主要的频率成分为429Hz,此频率下的器件噪声与激励力的大小、振动加速度的幅度成线性关系。随机振动的实验结果也表明,振动环境中测量到的噪声随着随机振动功率谱密度的增大而线性增加。