發(fā)布時(shí)間：2018-04-17 16:13

  本文選題：延伸波長(zhǎng) + InGaAs�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：InGaAs是短波紅外成像的理想材料,由于其低暗電流、高探測(cè)率、高工作溫度、良好的抗輻照等特性已顯示出了巨大的應(yīng)用價(jià)值。隨著航空航天以及成像領(lǐng)域用InGaAs探測(cè)器在大面陣、高性能、低成本、低功耗等方面的要求進(jìn)一步提高,使得在這些方向上的研究成為未來(lái)發(fā)展的主要方向。由于延伸波長(zhǎng)InGaAs(λcutoff1.7μm)與襯底InP存在晶格失配導(dǎo)致吸收層中存在較多的位錯(cuò)和缺陷,使得器件暗電流過(guò)大,因此研究材料與器件的關(guān)聯(lián)性,進(jìn)行微光敏區(qū)表征,優(yōu)化器件工藝參數(shù),提高器件性能顯得十分重要。本文研究了延伸波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器微光敏區(qū)缺陷以及材料質(zhì)量、材料關(guān)鍵參數(shù)表征,器件工藝優(yōu)化,并取得了一些研究成果。開(kāi)展了X射線表征延伸波長(zhǎng)InGaAs材料的研究,分別采用高分辨X射線和同步輻射表征手段。獲得了半峰寬(737.2arcsec)較小的In0.83Ga0.17As吸收層,得到In0.83Ga0.17As外延層的晶格在垂直方向上的失配為1.945%,在水平方向上的失配為1.928%。采用10KeV的X射線研究得到了數(shù)字梯度超晶格層(DGSL)的周期為104.9?,實(shí)驗(yàn)獲得值與TEM測(cè)試結(jié)果具有很好的一致性。同時(shí)對(duì)多種材料進(jìn)行了掠入射實(shí)驗(yàn)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)在入射角為0.3度時(shí)信號(hào)強(qiáng)度最大,當(dāng)入射角大于0.7度時(shí)信號(hào)基本上無(wú)法探測(cè)。采用了能量更高的18KeV的X射線研究發(fā)現(xiàn)原來(lái)單一的襯底峰中分辨出多個(gè)疊加峰成分。為了研究材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度,采用了SPV無(wú)損檢測(cè)的方法對(duì)兩種不同摻雜濃度的常規(guī)InGaAs材料進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。獲得了高摻雜濃度樣品材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度為5.59μm,低摻雜濃度樣品材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度為6.3μm。為了研究延伸波長(zhǎng)In0.83Ga0.17As探測(cè)器微光敏區(qū)的缺陷信息,采用了不同工藝流程制備的探測(cè)器作為研究對(duì)象,使用了電子束誘導(dǎo)電流(EBIC)和深能級(jí)瞬態(tài)譜(DLTS)方法對(duì)探測(cè)器缺陷進(jìn)行測(cè)試表征,同時(shí)研究了不同工藝對(duì)器件性能的影響。EBIC研究結(jié)果得到樣品A(在臺(tái)面刻蝕之后快速熱退火)和樣品B(在臺(tái)面刻蝕之前快速熱退火)的缺陷比例、缺陷個(gè)數(shù)、缺陷密度分別為13.09%、96、23.3×106cm~(-2)和7.33%、34、8.14×106cm~(-2)。采用DLTS方法測(cè)試了三個(gè)延伸波長(zhǎng)探測(cè)器樣品:1#(Cl2/N2刻蝕)和2#(Cl2/CH4刻蝕)器件為常規(guī)SiNx鈍化器件,3#(Cl2/CH4刻蝕)器件為優(yōu)化SiNx鈍化器件。測(cè)試結(jié)果表明:樣品1的DLTS譜線顯示的是一個(gè)少子(空穴)缺陷,位置為124meV,俘獲截面為5.77×10-19cm2,濃度為1.34×1014cm-3;樣品2和樣品3顯示的是一個(gè)多子(電子)缺陷,位置分別為431meV和5meV,俘獲截面分別為9.31×10-15cm2和4.65×10-20cm2,濃度分別為1.61×1014cm-3和2.91×1014cm-3。DLTS測(cè)試的是樣品的深能級(jí)缺陷,而EBIC測(cè)試的是樣品表面的電活性缺陷,所以測(cè)試結(jié)果顯示的缺陷密度有很大差別。研究了在臺(tái)面刻蝕前和臺(tái)面刻蝕后快速熱退火兩種工藝對(duì)器件性能的影響,研究表明在臺(tái)面刻蝕之前進(jìn)行快速熱退火的光電二極管有較低的暗電流密度,而且具有較低的面積相關(guān)的暗電流成分。研究了分別采用Cl2/N2和Cl2/CH4氣體的刻蝕工藝,實(shí)驗(yàn)通過(guò)采用PL譜、傳輸線(TLM)模型、器件IV特性以及器件探測(cè)率來(lái)表征兩種刻蝕氣體工藝的優(yōu)劣。結(jié)果表明,Cl2/CH4刻蝕樣品的PL譜信號(hào)強(qiáng)度較弱,TLM模型測(cè)試的方塊電阻Rsh較大,制備的光電二極管的暗電流密度較低、信號(hào)較大、探測(cè)率較高,從而說(shuō)明Cl2/CH4刻蝕氣體的工藝比Cl2/N2的效果好一些。采用了上述的退火優(yōu)化工藝與刻蝕優(yōu)化工藝進(jìn)行了器件的集成驗(yàn)證。通過(guò)制備相應(yīng)的光電二極管,測(cè)試了不同溫度和偏壓下兩種器件的暗電流,分析了器件的熱激活能。結(jié)果表明采用優(yōu)化工藝制備的器件暗電流密度(387nA/cm2)低于常規(guī)工藝制備的器件暗電流密度(1.2μA/cm2),所以退火刻蝕工藝相比常規(guī)的工藝具有一定的優(yōu)勢(shì)�；贗nGaAs探測(cè)器航天應(yīng)用的背景,開(kāi)展了高密度延伸波長(zhǎng)In0.83Ga0.17As器件的探索研究。實(shí)現(xiàn)了高密度亞10μm像元的In0.83Ga0.17As探測(cè)器的制備:器件規(guī)模為10×10,像元面積大小為9μm×9μm,像元中心距為10μm,占空比為81%。測(cè)試結(jié)果表明:器件的室溫暗電流密度為1.47×10-4A/cm2,200K的暗電流密度為10.5nA/cm2,同時(shí)通過(guò)光譜響應(yīng)測(cè)試獲得了器件在室溫下的截止波長(zhǎng)為2.57μm。
[Abstract]:In order to study the minority carrier diffusion length of an extended wavelength InGaAs detector , it is found that there are more dislocations and defects in the absorption layer due to the lattice mismatch between the extended wavelength InGaAs detector and the substrate InP . In order to study the minority carrier diffusion length of the material , the effect of the different process on the performance of the device is studied .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN215

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1764321