【摘 要】
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近年来,宽禁带半导体材料的相关研究如火如荼。其中,氮化铝（AlN）是典型的超宽禁带半导体材料,其禁带宽度高达6.2 eV。作为直接带隙半导体材料,它的吸光系数大,光电转换效率高,截止波长位于日盲区,在深紫外光电领域的应用潜力极大。但目前,高质量AlN材料的造价昂贵,并且难以量产,相关器件的研究还不成熟,限制了其应用。本论文采用反应射频磁控溅射（RRFMS）技术与后退火工艺相结合的方法,以低廉的成本
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近年来,宽禁带半导体材料的相关研究如火如荼。其中,氮化铝（AlN）是典型的超宽禁带半导体材料,其禁带宽度高达6.2 eV。作为直接带隙半导体材料,它的吸光系数大,光电转换效率高,截止波长位于日盲区,在深紫外光电领域的应用潜力极大。但目前,高质量AlN材料的造价昂贵,并且难以量产,相关器件的研究还不成熟,限制了其应用。本论文采用反应射频磁控溅射（RRFMS）技术与后退火工艺相结合的方法,以低廉的成本生长出高质量的AlN薄膜,并将其应用于深紫外光电探测器（DUV-PD）中。本论文的主要研究内容及结果如下:研究了通过RRFMS技术原位生长AlN薄膜的工艺。分别探究了衬底温度、射频功率、生长气压、氮气占比对AlN薄膜结晶质量的影响。结果表明,衬底温度为400℃,射频功率为250 W,生长气压为0.3 Pa对应最佳的工艺参数。氮气占比的增加会促进AlN沿c轴方向生长,但同时也会减小晶粒的横向尺寸。基于高c轴择优取向的考虑,100%氮气占比条件下的AlN薄膜质量最高。在此条件下,XRD图谱中AlN（0002）晶面的2θ衍射峰的半峰宽（FWHM）为0.18°,拉曼光谱中E2（high）模式振动峰的FWHM为20.5 cm-1。此外,薄膜内的晶粒致密有序地排列,呈柱状结构。然而,原位生长的薄膜内存在十分明显的晶界,且缺陷密度较大,其质量有待进一步提升。研究了AlN薄膜的后退火工艺。以“面对面”退火的方式,分别探究了退火温度、退火时间对AlN薄膜结晶质量的影响,最终通过后退火工艺得到了高质量的AlN薄膜。在现有的实验体系下,1600℃、120 min对应最佳的后退火工艺参数。后退火过程可以修复AlN的晶格,显著降低拉曼光谱中E2（high）峰的FWHM,最小的FWHM仅为7.5 cm-1。此外,AlN薄膜中晶粒融合成膜,晶界消失,表明后退火过程极大地提升了AlN薄膜的结晶质量。研究了基于AlN薄膜的DUV-PD。通过对不同电极材料、有源区材料、器件结构的对比,可以得到以下结论:（1）铝更适合作为DUV-PD的电极材料;（2）退火后的AlN薄膜可以显著提升探测器的响应度,在波长为189.4 nm光源的照射下,MSM共面电极结构的探测器在50 V偏压下的响应度高达0.51 A/W;（3）在现有的工艺条件下,异面电极结构可以缩小电极间距,增加电场强度,且载流子可以沿c轴方向的AlN纳米柱输运,使探测器的响应度显著提升;（4）基于h BN/AlN异质结构的DUV-PD表现出了较大的光电响应及良好的开关重复性,基于该异质结构的深紫外光电器件在未来有很大的发展潜力。
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