背照式SAM结构AlGaN基日盲紫外雪崩光电探测器研究

AlGaN基日盲紫外雪崩光电探测器（APD）在航空航天与高端武器平台等领域有着重要的应用前景。传统PIN结构的AlGaN基APD，因受器件自身结构和材料质量的限制，存在雪崩增益低、倍增噪声大等缺点。本课题拟采用吸收层与倍增层分离（SAM）的背照式APD器件结构，使光子吸收过程与光生载流子碰撞电离倍增过程在不同区域独立进行，实现提高雪崩增益和降低倍增噪声的目的。探索SAM结构中光生载流子输运与雪崩倍增效应等内在物理机制，建立可靠的器件物理模型，获得SAM结构APD的最佳设计。通过采用表面迁移增强的脉冲原子层外延生长方法和AlN/AlGaN超晶格结构，来有效降低蓝宝石衬底上高Al组分AlGaN材料的缺陷密度与内在张应力，优化AlGaN材料体系的n型与p型掺杂技术，完善器件制备工艺，并深入研究材料与器件质量提升过程中的基本物理问题，最终实现高性能背照式SAM结构AlGaN基日盲APD的研制。

AlGaN基日盲紫外雪崩光电探测器（APD）在航空航天与高端武器平台等领域有着重要的应用前景。目前AlGaN基APD，因受器件自身结构和材料质量的限制，存在雪崩增益低、倍增噪声大等缺点。本课题基于目前紫外探测中存在的材料学问题进行研究。首先通过利用脉冲原子层外延和高温连续外延数字交替的方法，获得了表面平均粗糙度低达0.25nm，（002）和（102）XRC半高宽分别为57.6arcsec和886arcsec的AlN薄膜。在此基础上采用中温插入层技术，将AlN （002）和（102）面XRC半高宽进一步改善为58arcsec和544arcsec，达到国际先进水平。其次，通过采用AlN/AlGaN超晶格技术，获得了电学性质和光学性质较好的n-Al0.5Ga0.5N,其电子浓度高达3.23x1018cm-3，迁移率为84.6cm2/vs; 采用Si-delta掺杂和Si-In共掺的方法，对n-AlGaN晶体质量和表面形貌进行了改善。最后在前面材料生长的基础上，制备出了AlGaN基PIN紫外探测器，该探测器在365nm处的透过率达到75%以上，零偏压下暗电流低达10-11A，光电流峰值响应波长为250nm，峰值响应率为45mA/W，截止波长为270nm。该结果已经达到国内先进水平。