GaAsAlGaAs量子阱材料微观结构与器件特性分析研究.docVIP专享

GaAs/AlGaAs 量子阱材料微观结构与器件特性分析讨论GaAs/AlGaAs 量子阱红外探测器（Quantum Well Infrared Photodetectors，QWIP）是先进薄膜生长技术与微电子学相结合的新型红外探测器。具有材料均匀性好，生长制备工艺成熟，价格低，抗辐照性能好，及易于实现多色探测等优点。广泛用于生物医疗成像，空间资源检测，军事领域现代化高科技武器装备、地雷探测、红外制导系统、战场侦察、反坦克导弹热瞄镜等领域，已成为红外探测器的主流技术。但其较大的暗电流，较低的量子效率与过窄的频带宽成为其快速进展的瓶颈。本文以 GaAs/AlGaAs QWIP 单元探测器为应用背景，从相关器件结构优化设计入手，使用金属有机物化学气相沉积法（Metal Organic Chemical VaporDeposition，MOCVD）进行量子阱材料生长，设计 QWIP 样品性能参数自动测试系统，利用高分辨透射扫描电镜（High resolution transmissionelectron microscopy，HRTEM）对器件展开微观结构分析讨论，采纳室温光致荧光谱（Room TemperaturePhotoluminescence，RT-PL）对样品进行势垒与势阱 PL 谱测试，以对其微观能级结构进行剖析讨论。旨在提高光电流，减小暗电流，建立器件微观结构与宏观表征的关系，为实现 QWIP 能级结构设计与材料生长工艺的优化奠定基础。论文主要讨论内容，结论与成果如下：1、采纳 MOCVD 生长 30~50 周期300μm×300μm 台面，峰值响应波长 8.5μmGaAs/Al0.3Ga0.7As 量子阱样品数件，其电极压焊点面积大小与位置不同。对器件样品进行宏观光电特性测试，实验结果显示：样品暗电流，噪声，响应特性，伏安特性及探测率等呈现正负偏压的不对称性。结合样品的微观结构形貌，讨论结果表明：样品界面位错穿过区域靠近AlGaAs 层附近衬度区域的加宽，致使 Al 原子从 AlGaAs 层析出，导致穿透位错造成相位分离，这是引起量子阱光电性能变差的主要原因；材料生长工艺自身引起不同生长次序中 GaAs 与 AlGaAs 界面不对称性与掺杂元素的扩散，及 GaAs薄膜中大量缺陷，其中包括有生长技术或掺杂带来的点缺陷及由衬底异质外延晶格失配引起的缓冲层缺陷等。这都是引起器件宏观特性曲线出现不对称的根本原因；样品器件位于台面的电极造成器件结区暗电流增加，表面及压焊点电极漏电也有一定影响。2、根据 GaAs/AlGaAs QWIP 的结构参数，建立了 QWIP 理想势阱模型。通过对 QWIP 样品解理后侧向剖面 QW 进行 PL 测试，结合势阱与势垒发光峰...