InP基近红外器件的研究.doc

InP 基近红外器件的讨论近年来,InP 材料已成为半导体领域的热点讨论之一。本论文着重探讨了如下三个重要的 InP 基半导体光电器件:（1）高内部增益、良好频率特性和低工作电压的 In_0.53Ga_0.47As/InP 异质结光敏晶体管（Heterojunction Phototransistors,HPTs）;（2）良好整流特性的 Al/MoO₃/p-InP 肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diodes,SBDs）;（3）通过抑制器件暗电流而得到的低噪声特性的以 InP 为衬底的 In_0.66Ga_0.34As/InAs 超晶格（Superlattice,SL）电子阻挡层红外探测器。首先,我们系统地对一款背入式 pnp 型近红外 In_0.53Ga_0.47As/InP HPTs 进行了光谱响应的数学公式建模,我们的建模基础是依托于表征半导体有源区光生过剩少数载流子分布特性的稳态连续性方程和特定的边界条件。所建立的器件光谱响应模型值和实验测量值在近红外三个通讯波长（980、1310 和 1550 nm）处取得了很好的数值拟合。此外,我们还探讨了改变器件基极长度对器件光响应率的影响,发现缩小基极长度可以有效提高器件的光响应率。其次,我们分别制备了 Al/Mo O₃/p-InP 金氧半（Metal/Oxide/Semiconductor,MOS）SBDs 和 Al/p-InP MS SBDs,用来探究 MoO₃氧化物介质层对 Al/p-InP MS 肖特基接触的势垒增强机制。在温度范围 310-400 K 内,对其进行了 I-V、C-V 特性测量,借助于电子热发射模型（Thermionic Emission,TE）,我们分别提取出了器件的势垒高度和理想因子,发现势垒高度随着温度升高而增大,但理想因子随温度升高而降低,这种现象可以用肖特基势垒高斯分布理论得以解释。通过绘制修正理查德森（Richardson）曲线图,我们计算得到了 Al/MoO₃/p-InP MOS 结构SBDs 的 Richardson 常数^*A=66.16 A cm^-2 K^-2、Al/p-InP MS 结构 SBDs 的^*A=59.07 A cm^-2 K^-2,这都与 p-InP 材料的理论值(60 A cm^-2 K^-2)很接近,证明了我们实验肖特基接触势垒高斯分布的正确性。最后,我们设计了一款以 InP 为衬底的 In_0.83Ga_0.17As 吸收层基的 In_0.66Ga_0.34As/InAs SL 电子阻挡层红外探测器,利用半导体异质结的导带和价带的不同带阶,选择性地控制载流子的输运过程,可以有效降低了器件的暗电流。在建立的软件模型中,我们发现,In_0.66Ga_0.34As/InAs SL 周期越小,暗电流越低,并从器件的内部电场角度解释了这一现场。由此推想,可以通过减小器件吸收层中电子阻挡层的周期,来达到降低器件暗电流,改善探测器探测率的效果。