采用調(diào)制摻雜結(jié)構(gòu)的Si-SiC異質(zhì)結(jié)光電特性研究.pdf

1、為了進(jìn)一步改善Si/SiC異質(zhì)結(jié)光電二極管的性能，本文采用類(lèi)似摻雜超晶格的結(jié)構(gòu)，止Si層由多個(gè)具有量子尺寸的p型薄層和n型薄層周期性地疊合而成，在Si層中形成一系列不同層的電子勢(shì)阱和空穴勢(shì)阱，借以延遲光生載流子的復(fù)合，延長(zhǎng)光生載流子的復(fù)合壽命，達(dá)到提高光電流密度的目的。本文使用Silvaco軟件模擬了這種Si/SiC異質(zhì)結(jié)的特性，研究了不同的Si層結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)器件光電特性的影響，并對(duì)si層的厚度及摻雜濃度進(jìn)行了優(yōu)化。同時(shí)，也采用LPCVD

2、法嘗試在n型6H-SiC襯底上制備這種調(diào)制摻雜的Si多層結(jié)構(gòu)，并借助SEM,激光共聚焦，二次離子質(zhì)譜等現(xiàn)代測(cè)試分析方法對(duì)制備的這種Si薄膜進(jìn)行了特性表征，主要結(jié)果如下：
　　1.對(duì)不分層的常規(guī)結(jié)構(gòu)Si/SiC異質(zhì)結(jié)的模擬，考慮到界面態(tài)對(duì)異質(zhì)結(jié)光電特性的影響，并結(jié)合之前的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出將Si層的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度修正為0.5/μm，在0.6W/cm2的鹵鎢燈輻照條件下，從SiC側(cè)入射，模擬出p+-Si/n--Si/n-SiC結(jié)構(gòu)的最

3、優(yōu)n--Si厚度為1.2μm，光電流密度為107.1mA/cm2，與本實(shí)驗(yàn)室之前發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。
　　2.對(duì)調(diào)制摻雜結(jié)構(gòu)Si/SiC異質(zhì)結(jié)的模擬，同樣設(shè)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度為0.5μm，p-Si和n-Si層的摻雜濃度均為1018cm-3和1018cm-3，厚度均為10nm，硅層總厚度保持優(yōu)化值1.2μm不變，在同樣的模擬條件下器件的光電流密度可達(dá)129.6mA/cm2，與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比，其最大光電流密度提高了21％，表明將Si/S

4、iC異質(zhì)結(jié)的Si層做成調(diào)制摻雜結(jié)構(gòu)對(duì)器件光電性能確有顯著的改善作用。通過(guò)模擬不同厚度的p-Si層和n-Si層，分析器件光電流密度的變化，判斷出采用調(diào)制摻雜結(jié)構(gòu)的Si/SiC異質(zhì)結(jié)是類(lèi)似于肖特基結(jié)的單極型器件?？紤]到采用調(diào)制摻雜結(jié)構(gòu)會(huì)使Si層中載流子復(fù)合壽命提高，不但光電流密度有所升高，調(diào)制摻雜層的厚度設(shè)計(jì)范圍也明顯擴(kuò)大。
　　3.采用LPCVD法在溫度為900℃，氣氛總壓強(qiáng)為460Pa的條件下制備p型和n型交替生長(zhǎng)的硅薄膜，制成了

5、總厚度不變而薄層厚度變化和薄層厚度不變但總厚度變化因而重復(fù)周期數(shù)不同的兩組樣品。利用相關(guān)測(cè)試方法測(cè)量其厚度計(jì)算出的平均生長(zhǎng)速率為1.5nm/min左右；用SEM研究了不同生長(zhǎng)條件下Si薄膜的表面形態(tài)，發(fā)現(xiàn)在硅烷通入生長(zhǎng)系統(tǒng)6min后SiC襯底表面才有Si薄膜形成，Si薄膜的生長(zhǎng)方式為島狀生長(zhǎng)模式。用二次離子質(zhì)譜(SIMS)法分析了調(diào)制摻雜Si薄膜中摻雜分布，測(cè)試結(jié)果表明，在總厚度保持O.5μm不變的條件下，對(duì)三個(gè)以上周期的實(shí)驗(yàn)樣品沒(méi)有獲