Charaktersierung und Optimierung von (Al, Ga) N-basierten UV-Photodetektoren

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• Moritz Brendel

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In dieser Arbeit wurden die Einflüsse von Versetzungsdichte, Heterostruktur und Detektorgeometrie auf die elektrooptischen Eigenschaften AlGaN-basierter Metall-Halbleiter-Metall-Photodetektoren (MSM PD) untersucht. Im Vordergrund stand dabei die Realisierung von Schottky-Typ MSM PD, die für die Photodetektion für Wellenlängen unterhalb von 300 nm geeignet sind und eine möglichst hohe externe Quanteneffizienz (EQE) aufweisen. Solche Detektoren erlauben den Nachweis von UV- Strahlung ohne störenden Einfluss des Sonnenlichts. Basierend auf experimentellen und simulierten Daten front- und rückseitig bestrahlter Al0.5Ga0.5N/AlN MSM PD auf planaren Saphir-Templates wurde eine umfangreiche Studie zusammen-gestellt, in der das Schwellen- und Sättigungsverhalten der EQE dieser Bauteile auf die Polarisationsladung am AlGaN/AlN-Hetero-Übergang zurückgeführt wurde. Darauf aufbauend wurden die Einflüsse von Schichtstruktur, Elektrodengeometrie und Metallisierungsschema auf die Verringerung der nötigen Betriebsspannung untersucht und diese Optimierungsansätze so kombiniert, dass eine EQE von 24% bei 0 V erzielt werden konnte. Darüber hinaus wurden frontseitig bestrahlte Al0.4Ga0.6N MSM PD auf epitaktisch lateral überwachsenen (ELO) AlN-Templates untersucht. Dünne AlGaN-Absorberschichten wiesen dabei eine ausgeprägte Inhomogenität der Materialzusammensetzung auf. Aufgrund der damit verbundenen internen Grenzflächen entsteht Photostromverstärkung verbunden mit erhöhten Dunkelströmen. Für dicke Absorberschichten, bei denen die Materialinhomogenität tiefer unterhalb der Elektroden vergraben ist, konnte die Erhöhung der EQE ohne Verstärkung anhand eines einfachen physkalischen Modells direkt auf die reduzierte Versetzungs- dichte im AlGaN zurückgeführt werden.

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• Année de publication: 2017