氮化鎵系列PIN紫外光偵測器之研究

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張憲綱(Hsien-Kang Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

氮化鎵系列PIN紫外光偵測器之研究
(Fabrication and Characterization of GaNPIN Ultraviolet Photodetectors)

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摘要(中)

本論文研究針對氮化鎵系列PIN紫外光偵測器為主，發展出具有氮化鋁鎵n-i-p結構的紫外光偵測器元件和具有不同阻值的吸收層（即i-layer）氮化鎵p-i-n結構的紫外光偵測器元件。藉由氮化鋁鎵n-i-p結構的新想法與製程簡化，來觀察與比較元件間的光電特性；而具有不同阻值的吸收層氮化鎵p-i-n結構，則試圖從吸收層阻值的改變來了解元件特性的變化。元件量測分析的部分包括了暗電流、光電流、光譜響應度及光響應時間之比較。
在氮化鋁鎵n-i-p結構的試片元件中，我們發現其光偵測器的特性並不比傳統p-i-n結構的光偵測器差，且其製程步驟較簡化，可以少做p型歐姆接觸金屬與其合金這道製程步驟，這對於要大量生產商品化的元件產品與節省人力成本的高科技光電半導體產業而言，將是可以繼續研發改進的光偵測器元件之一。
在具有不同阻值的吸收層氮化鎵p-i-n結構的紫外光偵測器元件中，我們發現因為要低溫成長出具有高片電阻值的薄膜材料時，可能同時造成薄膜的品質變差，以致於在元件特性中，兩者互相補償，而無法有效分析其具有不同阻值的吸收層間的元件特性，希冀未來能在試片成長環境中改善，使薄膜有較好的品質，而能有效分析其具有不同阻值的吸收層間的元件特性。

關鍵字(中)

★ 氮化鎵
★ 光偵測器

關鍵字(英)

★ PIN
★ photodetector
★ GaN

論文目次

第一章導論 ………………………………………………………1
第二章光偵測器理論基礎 ..............................6
§2-1 p-n接面光偵測器 ………………………………………………6
§2-1-1 漏電流的機制 …………………………………………6
§2-1-2 照光和吸收 ……………………………………………7
§2-2 p-i-n接面光偵測器 ……………………………………………10
§2-3 光偵測器量子效率和光響應度 ………………………………11
§2-3-1 量子效率 ……………………………………………11
§2-3-2 光響應度 ……………………………………………12
第三章氮化鎵系列PIN光偵測器的結構與製程 ……………14
§3-1 氮化鋁鎵n-i-p光偵測器的製作及結構 ……………………14
§3-1-1 n-i-p試片結構 ………………………………………14
§3-1-2 n-i-p光偵測器元件試片製程步驟 …………………15
§3-2 具有不同阻值的吸收層氮化鎵p-i-n光偵測器上的製作及結構
………………………………………………………………18
§3-2-1 不同阻值的吸收層p-i-n試片結構 …………………18
§3-2-2 不同阻值的吸收層p-i-n光偵測器元件試片製程步驟
………………………………………………………………19
§3-3 量測儀器的介紹 ………………………………………………20
§3-3-1 電流-電壓關係量測（I-V） …………………………20
§3-3-2 光響應度量測（Responsivity） ………………………21
§3-3-3 響應時間量測（Response Time） ……………………21
第四章氮化鎵系列PIN紫外光偵測器的光電特性分析 ………23
§4-1 氮化鋁鎵n-i-p紫外光偵測器的光電特性 …………………23
§4-1-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………23
§4-1-2 光響應度 ……………………………………………24
§4-1-3 響應時間 ……………………………………………25
§4-1-4 結語 …………………………………………………25
§4-2 氮化鎵p-i-n與n-i-p紫外光偵測器的光電特性 ……………26
§4-2-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………26
§4-2-2 光響應度 ……………………………………………27
§4-2-3 響應時間 ……………………………………………27
§4-2-4 結語 …………………………………………………28
§4-3 具有不同視窗層厚度的n-i-p紫外光偵測器的光電特性 …28
§4-3-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………29
§4-3-2 光響應度 ……………………………………………30
§4-3-3 結語 …………………………………………………30
§4-4 具有中、高阻值的吸收層之氮化鎵p-i-n紫外光偵測器的光電特性 ……………………………………………………………31
§4-4-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………31
§4-4-2 光響應度 ……………………………………………32
§4-4-3 響應時間 ……………………………………………32
§4-4-4 結語 …………………………………………………33
§4-5 在吸收層和高摻雜的n型氮化鎵之間夾一層低溫成長的氮化鎵p-i-n紫外光偵測器的光電特性 …………………………33
§4-5-1 暗電流與光電流的比較 ……………………………34
§4-5-2 光響應度 ……………………………………………34
§4-5-3 響應時間 ……………………………………………35
§4-5-4 結語 …………………………………………………35
第五章結論與未來展望 ………………………………………37
參考文獻 ……………………………………………………………39

參考文獻

〔1〕M. Sasaki, S. Takeshita, M. Sugiura, N. Sudo, Y. Miyake, Y. Furusawa and T. Sakata, J. Geomagn. Geoelectr. 45, 473 (1993)
〔2〕M. Razeghi and A. Rogalski, “Semiconductor ultraviolet detectors,” J.Appl. Phys., vol. 79, pp. 7433–7473, (1996)
〔3〕S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diodes, Springer
Heidelberg (1997).
〔4〕S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, “Candela-class high- brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-light-emitting diodes”, Appl. Phys. Lett. Vol. 64, pp. 1687 (1994)
〔5〕S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, S. Nagahama, T. Yamada, and T.Mukai,“Superbright Green InGaN Single-Quantum- Well-Structure Light-Emitting Diodes”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34, pp. L1332 (1995)
〔6〕T. Mukai, D. Morita, and S. Nakamura, “High-power UV
InGaN/AlGaN double-heterostructure LEDs”, J. Cryst. Growth, Vol. 189/190, pp. 778 (1998)
〔7〕T. Mukai, H. Narimatsu, and S. Nakamura, “Amber InGaN-Based Light-Emitting Diodes Operable at High Ambient Temperatures”,Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37, pp. L479 (1998)
〔8〕M. S. Shur, “GaN Based Transistors for High Power Applications”,Solid-State Electronics, Vol. 42, pp. 2131 (1998)
〔9〕M. A. Khan, J. N. Kuznia, A. R. Bhattarai, and D. T. Oslon, “Metal semiconductor field effect transistor based on single crystal GaN”,Appl. Phys. Lett. Vol. 62, pp. 1786 (1993)
〔10〕M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, W. J. Schaff, J. W. Burm,and M. S. Shur, “Microwave performance of a 0.25 µm gate AlGaN/GaN heterostructure field effect transistor”, Appl. Phys. Lett. Vol.65, pp. 1121 (1994)
〔11〕F. Ren, C. R. Abernathy, J. M. Van Hove, P. P. Chow, R. Hickman, J.J. Klaasen, R. F. Kopf, H. Cho, K. B. Jung, J. R. La Roche, R. G.Wilson, J. Han, R. J. Shul, A. G. Baca, and S. J. Pearton, “300°CGaN/AlGaN Heterojunction Bipolar Transistor”, MRS Internet J.Nitride Semicond. Res. Vol. 3, 41 (1998)
〔12〕G. S. Nakamura, “InGaN-based violet laser diodes”, Semicond. Sci.Technol. Vol. 14, pp. R27 (1999)
〔13〕M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, M. Blasingame, and A. R.Bhattarai, “Schottky barrier photodetector based on Mg-dopedp-type GaN films”, Appl. Phys. Lett. Vol. 63, pp. 2455 (1993)
〔14〕M. Asif Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van hove, M.Blasingame, L. F. Reitz ,“High-responsivity photoconductiveultraviolet sensors based on insulating single-crystal GaN epilayers”,Appl. Phys. Lett. Vol. 60, pp. 2917 (1992)
〔15〕Z. C. Huang, D. B. Mott, P. K. Shu, R. Zhang, J. C. Chen, D. K.Wickenden,“Optical quenching of photoconductivity in GaNphotoconductors”, J. Appl. Phys. Vol. 82, pp. 2707 (1997)
〔16〕J. C. Carrano, T. Li, P. A. Grudowski, C. J. Eiting, R. D. Dupuis, J. C.Campell,“Comprehensive characterization of metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors fabricated on single-crystal GaN”, J. Appl. Phys. Vol. 83, pp. 6148 (1998)
〔17〕Q. Chen, M. A. Khan, C. J. Sun, and J. W.Yang,“Visible -blind ultraviolet photodetectors based on GaN p-n junctions”, Electron. Lett. Vol. 31, pp. 1781 (1995)
〔18〕E. Monroy, E. Munoz, F.J. Sanchez, F. Calle, E. Calleja, B.Beaumont, P. Gibart, J. A. Munoz, F. Cusso, “High- performance GaN p-n junction photodetectors for solar ultraviolet applications”,Semicond. Sei. Technol. Vol. 13, pp. 1042 (1998)
〔19〕D. Walker, A. Saxler, P. Kung, X. Zhang, M. Hamilton, D. Jiaz, M.Razeghi, “Visible blind GaN p-i-n photodiodes”, Appl. Phys. Lett. Vol.72, pp. 3303 (1998)
〔20〕E. Monroy, M. Hamilton, D. Walker, P. Kung, F. J. San-chez, M.Razeghi, “High-quality visible-blind AlGaN p-i-n photodiodes”,Appl. Phys. Lett. Vol. 74, pp. 1171 (1999)
〔21〕N. Biyiki, I. Kimukin, O. Aytur and E. Ozbay, “Solar-Blind AlGaN-Base p-i-n Photodiodes with Low Dark Current and High Detectivity”,IEEE Photonics Tech. Lett. Vol.16, pp. 1171(2004)
〔22〕E. Monroy, F. Calle, E. Munoz, F. Omnes, P. Gibart, J. A. Munoz,“AlxGa1-xN: Si Schottky barrier photodiodes with fast response and high detectivity”, Appl. Phys. Lett. Vol. 73, pp. 2146 (1998)
〔23〕D. Walker, E. Monroy, P. Kung, J. Wu, M. Hamilton, F. J. Sanchez, J.Diaz, M. Razeghi, “High-speed, low-noise
metal-semiconductor-metal ultraviolet photodetectors based on GaN”, Appl. Phys. Lett. Vol. 74, pp. 762 (1999)
〔24〕E. Monroy, F. Calle, E. Munoz, and F. Omnes,“Effects of Bias on the Responsivity of GaN Metal- Semiconductor
-Metal Photodiodes”,Phys. Stat. Sol. (a), Vol. 176, pp. 157 (1999)
〔25〕H. Jiang, N. Nakata, G. Y. Zhao, H. Ishikawa, C. L. Shao, T. Egawa,T. Jimbo, M. Umeno, “Back-Illuminated GaN
Metal-Semiconductor-Metal UV Photodetector with High Internal Gain”, Jap. J. Appl. Phys. Vol. 40, pp. L505 (2001)
〔26〕C. H. Chen, S. J. Chang, Y. K. Su, Senior Member, IEEE, G. C. Chi,J. Y. Chi, C. A. Chang, J. K. Sheu, and J. F. Chen, Member,“GaN metal-semiconductor-metal ultra-
violet photodetectors with transparent indium-tin-oxide Schottky contacts”, IEEE photon. Technol. Lett. Vol. 13, pp. 848 (2001)
〔27〕H. Z. Xu, Z. G. Wang, M. Kawabe, I. Harrison, B. J. Ansell, C. T.Foxon, “Fabrication and characterization of
metal-semiconductor-metal (MSM) ultraviolet photodetectors on undoped GaN/sapphire grown by MBE”, J. Cryst. Growth, Vol.218, pp. 1 (2000)
〔28〕M. Sze, D. J. Coleman, JR. and A. Loya, Solid-State Electronics,“Current Transport in Metal-Semiconductor
-Metal (MSM) structures”, Vol. 14, pp. 1209 (1971)
〔29〕S. M. Sze, Semiconductor Device Physics and Technology, pp. 278(1985)
〔30〕David Wood,“Optoelectronic Semiconductor Devices” p.277（1994）
〔31〕H.C.Casey,“Demodulation and Photodection Techniques”
,in F.T.Arecchi and E.O.Schulz-Dubois, Eds.,Laser Handbook, Vol.1, North-Holland, Amsterdam,（1972）
〔32〕R.P.Riesz, “High Speed Semiconductor Photodiode”,
Phys.Rev.116,84（1959）
〔33〕S. Donati ,Photodetectors ：Devices ,Circuits ,and Applications. Englewood Cliffs ,NJ：Prentice-Hall ,（2000）
〔34〕J. K. Sheu, Y. K. Su, G. C. Chi, P. L. Koh, M. J. Jou, C. M. Chang,C. C. Liu,W. C. Hung, “High-transparency Ni/Au Ohmic Contact to P-type GaN”,Appl. Phys. Lett. Vol. 74, pp. 16 (1999)
〔35〕Wei Yang, Thomas Nohava, Subash Krishnankutty, Robert Torreano, Scott McPherson, Holly Marsh, “High gain GaN/AlGaN heterojunction phototransistor”, Appl. Phys. Lett. Vol.73, pp. 7 (1998)
〔36〕施敏 , “半導體元件物理與製作技術第二版” , pp.433 （2002）
〔37〕施敏 , “半導體元件物理與製作技術第二版” , pp.435 （2002）
〔38〕吳夢奇 , 洪勝富 , 連振炘 , 龔正譯, “半導體元件第五版” ,pp.449（2001）

指導教授

張正陽、許進恭
(Jeng-Yang Chang、Jinn-Kong Sheu)

審核日期

2005-7-7

推文