高Al组分AlGaN宽禁带半导体量子结构及其光探测器件的基础研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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高Al组分AlGaN宽禁带半导体量子结构及其光探测器件的基础研究

项目名称：高Al组分AlGaN宽禁带半导体量子结构及其光探测器件的基础研究
项目类别：重点项目
批准号：60936004
申请代码：F040303
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2010-01-01-2013-12-31

项目负责人：陆海
负责人职称：教授
依托单位：南京大学
批准年度：2009

中文摘要：

本项目以发展高Al组分AlGaN宽禁带半导体新型量子结构、改善材料和相应光探测器件性能为目标，通过对高Al组分氮化物半导体的生长机理和动力学行为、极化效应、载流子的离化和补偿机制等材料物理问题的深入研究，采用复合缓冲层、脉冲掺杂等多种创新性的材料生长方法和工艺，重点解决高Al组分氮化物半导体的大失配外延生长和p型掺杂问题，提高材料的晶体质量、电学和光学性能；针对光探测器应用，研究高Al组分量子结构的能带剪裁和性能调控方法，探索其光生载流子的跃迁和输运规律，解决高Al组分氮化物半导体的器件工艺问题。最终将在相关材料和器件理论方面获得突破，揭示其内在物理规律，并获得高质量高Al组分AlGaN外延结构、高性能太阳光盲紫外探测器件、以及利用其子带跃迁机制工作的具有双色探测功能的原型器件。

中文主题词：紫外探测器；铝镓氮；外延生长；日盲；量子结构

英文摘要：

UV photodetector；AlGaN；epitaxial growth；solar-blind；quantum structure

英文主题词： UV photodetector；AlGaN；epitaxial growth；solar-blind；quantum structure

结论摘要：

宽禁带III族氮化物半导体中的AlxGa1-xN材料，随带宽可以通过调节Al组分从3.4eV一直连续变化到6.2 eV，覆盖日盲波段，特别适合制备新一代高性能紫外光电探测器件。围绕着高Al组分氮化物半导体量子结构材料和器件相关基础科学技术问题，课题组通过深入开展相关研究，取得如下主要成果 1. 系统研究了高Al组分AlGaN材料的外延生长动力学行为和应力控制方法，通过发展新型的高温AlN缓冲层技术，有效克服了AlGaN材料外延生长中由于张应力积累而导致的薄膜破裂问题；通过外延生长条件的优化，显著提高了AlGaN外延材料的晶体质量和p型掺杂效率。 2. 系统开展了AlGaN基超晶格量子结构的设计与外延生长研究，观察到了由失配应力而导致的异质界面组分牵引现象；实现了日盲波段的高反射率无应变InAlN/AlGaN布拉格反射镜结构，和子层周期控制在1 nm量级的AlN/GaN子带跃迁结构。 3. 通过GaN同质外延生长研究，获得了位错密度在106 cm-2的低缺陷密度GaN外延材料，并藉此首先研制出MSM结构GaN紫外雪崩光电探测器；该探测器是迄今为止国际上报道的芯片尺寸最大（1×0.4 mm2）的GaN基雪崩光电探测器。相应工作得到国际主流技术媒体“Semiconductor Today”的长文专题报道。 4. 在AlGaN基日盲紫外探测器领域取得重要研究进展在国际上报道了芯片尺寸最大（5×5 mm2）、暗电流密度最低（20伏偏压下暗电流3.2×10？12 A/cm2）的AlGaN基MSM结构日盲深紫外探测器；实现了高量子效率（>60%）、高日盲/紫外抑制比的AlGaN基PIN结构日盲深紫外探测器。相应工作得到国际主流技术媒体“Semiconductor Today”和“Compound Semiconductors”的长文专题报道。 5. 通过优化结构设计和发展新型的台面刻蚀工艺，在国际上首先实现了SAM结构AlGaN基PIN日盲深紫外雪崩光电探测器，其雪崩增益因子（>104）为现有报道的最高值；在国内首先实现了SiC紫外单光子探测器。到项目执行结束，项目团队已发表SCI学术论文51篇，国际会议论文15篇，并应邀在国际会议上做特邀报告5次；申请国家发明专利15项，获得专利授权5项；团队成员获教育部技术发明一等奖1项；课题负责人入选教育部长江特聘教授。

成果综合统计