A1GaNp-i-n型日盲紫外探测器

第３４卷第５期　

２０１４年９月　高师理科学刊　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ａｎｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．５　

Ｓｅｐ．　２０１４　

文章编号：１００７—９８３１（２０１４）０５—００５１—０４　

Ａ１ＧａＮ　ｐ－ｉ—ｎ型Ｅｌ盲紫外探测器　

杨莲红，张保花，王俊堵，魏伟　

（昌吉学院物理系，新疆昌吉８３１１００）　

摘要：基于在双面抛光的蓝宝石衬底上采用等离子体增强的分子束外延方法生长了Ａ１ＧａＮ基　

ｐ—Ａ１０＿４５Ｇａｏ　Ｎ／ｉ—Ａ１　５Ｇａｏ　６５Ｎ／ｎ—Ａｌ０－４５Ｇａ０　５５Ｎ结构材料，ｐ型欧姆接触采用电子束蒸发Ｎｉ／Ａｕ（５　ｎｍ／５　

ｎｍ）薄层叉指结构电极，制作了ｐ—ｉ—ｎ型Ａ１ＧａＮ日盲紫外探测器．器件的峰值响应波长为２７３　ｎｍ．器　

件在零偏压下的暗电流很小，为ｎＡ量级，峰值响应度为８．５　ｍＡ　．器件在一５　Ｖ偏压下，峰值响应　

率３２．５　ｍＡ／Ｗ，对应的外量子效率达到１５％．　

关键词：紫外探测器；Ａ１ＧａＮ；日盲；响应度　

中图分类号：ＴＮ２３　文献标识码：Ａ　ｃｌｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００７—９８３１．２０１４．０５．０１５　

Ａ１ＧａＮ　ｐ—ｉ—ｎ　ｓｏｌａｒ—ｂｌｉｎｄ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ　

ＹＡＮＧ　Ｌｉａｎ—ｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｂａｏ－ｈｕａ，ＷＡＮＧ　Ｊｕｎ－ｊｎｎ，ＷＥＩ　Ｗｅｉ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈａｎｇｊｉ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｊｉ　８３１１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｐ－ｉ－ｎ　ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｕｓｅｄ　Ａ１ＧａＮ　ｍａｔｅｒｉａｌ　

ｇｒｏｗｎ　ｏｎ　ｓａｐｐｈｉｒｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｂｙ　ｐｌａｓｍａ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｂｅａｍ　ｅｐｉｔａｘｙ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　

ｐ－Ａｈ４ｓＧａｏ　ｓｓＮ／ｉ－Ａｈ　ｓｓＧａｏ　６５Ｎ／ｎ－Ａｌｏ４ｓＧａ０　ｓｓＮ　ｂａｓｅｄ—ｏｎ　Ａ１ＧａＮ．Ｐ　ｔｙｐｅ　ｏｈｍｉｃ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｉｓ　Ｎｉ／Ａｕ（５　ｎｍ／５　ｎｍ）ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ　

ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｏｃｃｕｒｓ　ａｔ　２７３　ｎｍ．Ｕｎｄｅｒ　

ｚｅｒｏ　ｂｉａｓ，ａ　ｄａｒｋ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｓｍａｌｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒ　ｏｆ　ｍａｇｎｉｔｕｄｅ　ｎＡ，ａｎｄ　ａ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ　ｏｆ　８．５　ｍＡ／Ｗ．Ｕｎｄｅｒ－５　Ｖ　

ｂｉａｓ，ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｔｏ　３２．５　ｍＡ／Ｗ，ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｔｏ　ａｎ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　１　５％．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ；Ａ１ＧａＮ；ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄ；ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ　

２１世纪，随着科技的快速发展，紫外光辐射和测量引起了人们越来越多的关注，紫外探测技术的应用　

需求也日益增长．在军事领域中，紫外探测技术可用在导弹预警、导弹制导、紫外通信、生化武器辐射的　

探测等；在民用领域中，紫外探测技术可用于火焰探测、污染检测、电力系统监测、化学生物监测、指纹　

检测及环境监测等“　．　

作为第三代半导体材料，ＧａＮ属于直接带隙半导体，它具有带隙宽、电子饱和速度高、耐酸碱腐蚀、　

介电常数小、抗高温和耐辐射等特性　。，优越的物理化学稳定性使其可以在苛刻的条件下工作，使得其成　

为半导体光电器件和高频、高功率电子器件研究的热点．ＧａＮ材料的三元合金Ａ１ＧａＮ材料的性能尤为突　

出．通过调节Ａｌ组分，在３．４～６．２　ｅＶ范围Ａ１ＧａＮ材料的禁带宽度连续可调，与之对应波长的范围为２００～３６５　

ｎｍ，完全覆盖了由于臭氧层的强烈吸收作用而几乎不能到达地面的所谓日盲区（２００～２８０　ｎｍ）这一紫外辐　

射波段，Ａ１ＧａＮ材料成为制作日盲紫外探测器的理想材料之一．响应波段处于日盲波段的紫外告警系统，　

由于没有自然光辐射，背景噪声低，可以大大降低系统的虚警率．　

自２０世纪９０年代以来，Ａ１ＧａＮ基紫外探测器的研究取得了很大进展．先后报道了ＭＳＭ、肖特基、ｐ—ｉ—ｎ　

等不同结构和处于可见光盲、日盲等不同波段的紫外探测器．ｐ—ｉ—ｎ型ＧａＮ基紫外探测器具有暗电流较低、　

收稿日期：２０１４－０４—０４　基金项目：昌吉学院院级课题（２０１１ＹＪＹＢ００１，２０１１ＹＪＢ００６）；昌吉学院重点建设学科项目（昌院校发［２０１２］９２号）　作者简介：杨莲红（１９６９一），女，新疆吐鲁番人，副教授，硕士，主要从事宽带隙半导体材料与器件的进入研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｊｙｌｈ０１＠ｈｏｔｍａｉｌ．

ＣＯＢ　第５期　杨莲红，等：Ａ１ＧａＮ　ｐ－ｉ—ｎ型Ｅｔ盲紫外探测器　５３　

，７：　＿１．２＿４　（１）　

／Ｌ　其中：　为器件的响应度；　为人射光的波长（Ｉｘｍ）．根据器件在不同偏压下的光谱响应度，由式（１）可　

以对应得到器件在不同偏压下的外量子效率曲线（见图５）．　

》　●　｛　＼　

２／Ｂｉｎ　

图４器件的光谱响应曲线　４／Ｂｉｎ　图５器件在不同波长下的外量子效率　

从图５可以看出，在零偏压下，器件的量子效率约为３．７５％；随着偏置电压的增加，Ａ１ＧａＮ　ｐ—ｉ—ｎ型紫　

外光电探器的量子效率增大．由关系式ｒ／＝（１一，）（１一ｅｘｐ（一ａｏＷ））可以看出，当偏置电压增大，Ａ１ＧａＮ　

ｐ—ｉ—ｎ型紫外光电探器的耗尽层的宽度　增大，于是器件的量子效率增大．当偏压增加到一５　Ｖ时，器件的　

外量子效率达到１５％．器件在长波长方向截止得不是很陡，抑制比不高，主要原因在于此结构是为ＤＢＲ　

结构的探测器设计的，ｉ－ＡＩＧａＮ设计得很薄，界面缺陷的光电流响应影响较大．　

３结论　

文中采用等离子体增强的分子束外延方法在双面抛光的蓝宝石衬底上生长ＴＡ１ＧａＮ基Ｐ—Ａ１０４．ｓＧａｏ　ｓｓＮ／ｉ—　

Ａｌｏ，　Ｇａｏ　ｓＮ／ｎ—Ａｌｏ　ＧａｏｓｓＮ结构材料，制作Ｔｐ—ｊ—ｎ￣ＵＡ１ＧａＮ日盲紫外探测器．通过对器件的电流一电压特性　

和光谱响应等特性参数进行测试，分析了器件的性能．器件的峰值响应波长为２７３　ｎｍ．器件在一５　Ｖ偏压下，　

峰值响应率３２．５　ｍＡ／Ｗ，对应的外量子效率达到ｌ５％．器件在反向偏压下的暗电流很小，为ｎＡ量级，器件　

呈现出了一个良好的ｐｎ结的伏安特性．　

参考文献：　

［１】Ｐａｎｋｏｖｅ　Ｊ　Ｉ．ＧａＮ：ｆｒｏｍ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ　ｔｏ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｓｃｉ　Ｅｎｇ，１９９９，Ｂ６１－６２：３０５－３０９　

【２】　Ｍｕｎｏｚ　Ｅ，Ｍｏｎｒｏｙ　Ｅ，Ｐａｕ　Ｊ　Ｌ，ｅｔ　ａ１．（Ａｌ，Ｇａ）Ｎ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃａ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｓｏｌｉｄｉ（ａ），　

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ＰａｉｔＴｗｏ，２００３，４８７６：１１４０　

【１０】　Ｆｅｒｇｕｓｏｎ　Ｉ，Ｔｒａｎ　Ｃ　Ａ，ＫａＲｌｉｃｅｋ　Ｒ　Ｆ，ｅ　ｔａ１．　ＧａＮ　ａｎｄ　Ａ１ＧａＮ　ｍｅｔａｌ—ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ－ｍｅｔａｌ　Ｐｈｏｔｏｃ０ｎｄｕｃｔｏＩ＿ｓＬＪ】．　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｂ，１９９７，５０：３１１－３１４　

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［１２】杨杰．紫外探测技术的应用与进展『Ｊ１＿光电子技术，２０１　１，３１（４）：２７４—２７８　

【１３】ＳｈｕｒａＭ　Ｓ，ＧａｓｋａｂＲ，ＢｙｋｈｏｖｓｋｉａＡ，ｅｔ　ａ１．ＧａＮ－ｂａｓｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｓｏｌｉｄ－ＳｔａｔｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９９，４３：１４５１－１４５８　［１４】张春福，郝跃，周小伟，等．Ａ１ＧａＮ　ＰＩＮ紫外探测器的结构及性能分析ｆＪ１．电子器件，２００５，２８（２）：４２１　

［１５】颜廷静，种明，赵德刚，等．２４６ｎｍｐ－ｉ—ｎ型背照ＡｌＧａＮ太阳盲紫外探测器的研制［Ｊ】．红外与激光工程，２０１１，４０（１）：　

３２－３５　高师理科学刊　第３４卷　

【１６】王晓勇，种明，赵德刚，等．２８３　ｎｍ背照射Ｐ—ｉ—ｎ￣＿ＪＡＩＧａＮ日盲紫外探测器　红外与激光工程，２０１３，４２（４）：１０１　１－１０１４　

［１　７］Ｘｉｅ　Ｚ　Ｌ，Ｌｉｕ　Ｂ，Ｎｉｅ　Ｃ，ｅｔ　ａ１．Ａ１ＧａＮ—ｂａｓｅｄ　３３０　ｔｉｍ　ｒｅｓｏｎａｎｔｃａｖｉｔｙ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｐ－ｉ－ｎ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ　ｕｓｉｎｇ　

Ａ１Ｎ／Ａ１ＧａＮ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓⅢ．Ｐｈｙｓ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｓｏｌｉｄｉ　Ｃ，２０１０，７（８）：１８２１—１８２４　

［１　８】ＭｃＣｌｉｎｔｏｃｋ　Ｒ，Ｙａｓａｎ　Ａ，Ｍａｙｅｓ　Ｋ，ｅｔ　ａ１．Ｈｉｇｈ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ａ１ＧａＮ　ｓｏｌａｒ－ｂｌｉｎｄ　Ｐ－ｉ—ｎ　ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ［Ｊ】．Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ　Ｌｅｔｔ，　

２００４，８４（８）：１２４８—１２５０　

模拟电路课程教学改革探讨　

黄涛，王广德，王立忠　

模拟电路是电子、通信专业的专业基础课，是－－ｆ］实践性很强的课程．本课程的教学目的是让学生掌握电子技术的基本　

理论和方法，培养基本技能，具备初步的电子技术应用能力，为以后学习专业知识奠定基础．为了提高教学质量，改善教学　

效果，不断对课程改革进行探索．