导师
招生人数
考试科目
备注
005自动化学院029-82312427张老师 240
080501材料物理与化学 10 复试课安排
01半导体材料物理 陈治明
雷天民
①101政治②201英语③302数学二④411固体物理或412半导体物理学或415普通物理 在524半导体材料基础或575材料概论中任选一
02材料表征与分析 陈治明
080802电力系统及其自动化 20 复试课安排
01电力系统优化与运行研究 余健明
杨文宇
①101政治②201英语③301数学一④419电路或444供电技术或449 电力系统分析（稳态分析70%、暂态分析30%）
在531微机原理及应用或538电路（选419则不能选择该项）选一
02供、配电系统自动化应用技术研究 余健明
03电力系统的测量与控制 同向前
04用户电力技术
05配电系统自动化 刘 健
080804电力电子与电力传动 30 复试课安排
01电力电子技术与现代交流调速 钟彦儒
孙向东
李金刚
①101政治②201英语③301数学一④417 控制理论（经典控制理论70%；现代控制理论30 %）或418电力电子技术
531微机原理及应用、538电路中选一
02电力电子技术与计算机控制 曾 光
03电力电子装置与计算机控制技术 李守智
04 电力电子技术与新能源系统 张 辉
05电力传动与网络控制 李好文
06电能质量分析与控制技术研究 余健明
①101政治②201英语③301 数学一④417 控制理论（经典控制理论70%；现代控制理论30 %）或444供电技术
07电力电子技术在电力系统中的应用 同向前
080902电路与系统 30 复试课安排
01超大规模集成电路设计 高 勇
余宁梅
①101政治②201英语③301数学一④420信号与系统或421模拟电子技术基础
研究方向01在525电子技术基础（选421则不能选择该项）或527半导体器件与集成电路选一
02现代通信技术与系统 柯熙政 研究方向02、03、04、05、06在525电子技术基础（选421则不能选择该项）或526通信原理中任选一
03信号与信息处理 王 林
张志禹
04信号采集系统与电子测量 王水鱼
05电磁理论与技术 郑莉平
06新型功率变换器及其控制技术 李敏远
080903微电子学与固体电子学 30 复试课安排
01半导体新材料与新器件 陈治明
雷天民
马剑平
①101政治②201英语③301数学一④411固体物理或412半导体物理学或421模拟电子技术基础 研究方向01在524半导体材料基础或506半导体器件基础中任选一；
研究方向02、03、04在526通信原理或527半导体器件与集成电路中任选一
02新型半导体器件与超大规模集成电路 高 勇
余宁梅
卢 刚
杨 媛
03半导体光电器件与光电集成 施 卫
蒲红斌
04新型电力半导体器件与电路 王彩琳
王正鸣
081001通信与信息系统 30 复试课安排
01现代通信技术 柯熙政
①101政治②201英语③301数学一④419电路或420信号与系统 526通信原理、533数字信号处理选一
02电磁（光）波传播理论及应用 席晓莉 ①101政治②201英语③301数学一④415普通物理或420信号与系统
03通信信号处理 刘高辉 ①101政治②201英语③301数学一④420信号与系统或450微机原理及接口技术
04通信编码与信息安全 王 林
05智能天线技术及应用 柯熙政
081101控制理论与控制工程 30 复试课安排
01复杂系统的建模与控制 刘 丁
钱富才
刘 涵 ①101政治②201英语③301数学一④417 控制理论（经典控制理论70%；现代控制理论30 %）或420信号与系统 529过程控制及自动化仪表、530电力拖动自动控制系统、531微机原理及应用、533数字信号处理选一
02智能控制理论与应用 刘 军
03基于网络的计算机控制系统 郑 岗
04非线性混沌系统研究 任海鹏
081102检测技术与自动化装置 30 复试课安排
01现代高效功率变换器理论及应用 王华民
孙 强 ①101政治②201英语③301数学一④417 控制理论（经典控制理论70%；现代控制理论30 %）或420信号与系统 529过程控制及自动化仪表、530电力拖动自动控制系统、531微机原
02先进控制及自动化装置 孙 强
黄西平
孙旭霞
03新型传感器与检测技术 李 琦
郑 岗 理及应用、533数字信号处理选一
04现代电源技术与智能测控系统 李敏远
05计算机控制与自动化装置 李 强
06电力电子功率变换及系统控制 张维娜
081103系统工程 10 复试课安排
01非线性系统优化控制与自适应控制 钱富才
吴亚丽 ①101政治②201英语③301数学一④417 控制理论（经典控制理论70%；现代控制理论30 %）或420信号与系统 529过程控制及自动化仪表、530电力拖动自动控制系统、531微机原理及应用、533数字信号处理选一
02 大系统的优化与控制 钱富才
吴亚丽
03控制系统与管理系统信息集成 王新房
081104模式识别与智能系统 20 复试课安排
01智能机器人控制 刘 丁
杨延西 ①101政治②201英语③301数学一④417 控制理论（经典控制理论70%；现代控制理论30 %）或420信号与系统 529过程控制及自动化仪表、530电力拖动自动控制系统、531微机原理及应用、533数字信号处理选一
02机器人视觉及图像处理 刘 丁
杨延西
03图像处理与应用 朱 虹
04 智能计算 马 炫
参考资料：http://hudson090.blog.163.com/blog/static/769512120072231749116
PIN 紫外光电探测器的研制黄 瑾, 洪灵愿, 刘宝林, 张保平
( 厦门大学物理系,福建厦门361005)
摘 要: 用Al InGaN 四元合金代替Al GaN 作为PIN 探测器的有源层,研制出Al InGaN
PIN 紫外探测器。详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试。测
试结果表明,器件的正向开启电压约为1. 5 V ,反向击穿电压大于40 V 室温- 5 V 偏压下,暗电流
为33 pA ,350 nm 处峰值响应度为0. 163 A/ W ,量子效率为58 %。
关键词: Al InGaN/ GaN PIN 光电探测器紫外光电探测器
中图分类号: TN304 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 5868 (2008) 05 - 0669 - 04
Development on Al InGaN/ Ga N PIN Ultraviolet Photodetectors
HUAN GJ in , HON G Ling2yuan , L IU Bao2lin , ZHAN G Bao2ping
(Dept. of Physics , Xiamen University , Xiamen 361005 , CHN)
Abstract : Using Al InGaN instead of Al GaN as t he source film of a p hotodetector s , an
Al InGaN2based PIN UV p hotodetector was developed. It s device st ruct ure and fabrication
processing are int roduced in detail . Measurement result s show t hat it s t urn2on voltage is about
1. 5 V , and VBR >40 V under - 5 V bias voltage at room temperat ure , t he dark current is about
33 pA t he peak responsivity can reach 0. 163 A/ W at 350 nm , and t he quant um efficiency is
58 %.
Key words : Al InGaN/ GaN PIN p hotodetector ult raviolet p hotodetector
1 引言
GaN 基三元合金Al x Ga1 - x N 材料是波长范围
连续的直接带隙半导体,随材料Al 组分的变化其
带隙在3. 4～6. 2 V 连续变化,带隙变化对应波长范
围为200～365 nm ,覆盖了地球上大气臭氧层吸收
光谱区(230～280 nm) ,是制作太阳盲区紫外光探
测器的理想材料。Al GaN 基宽禁带半导体探测器
作为新一代紫外探测器[1 ] ,在军事和民用上都有重
要的应用,受到国内外的广泛重视。
目前,Al GaN/ GaN 材料和器件结构仍存在诸
多有待解决的问题: (1) 作为有源区的Al GaN 与作
为衬底的GaN 材料之间晶格失配,导致外延层位错
密度较高和紫外探测器的暗电流较大(2) p 型掺
杂Mg 的激活能很大,其激活率很低,p 型Al GaN
材料带隙宽、功函数高,空穴浓度低,从而难于获得
良好的金属与p 型半导体接触(欧姆接触) (3) 结构
的优化设计,例如减少表面光反射率,优化有源层厚
度,提高器件的量子效率,从而提高其光响应度等。
针对这些困难,我们提出了以下几个改进措施:
(1 ) 用晶格常数和禁带宽度可以独立变化的
Al InGaN 四元合金代替Al GaN 作为探测器的i 层
(2) 在p 型Al InGaN 材料上再生长一层p 型GaN
材料,用于提高与金属接触层的半导体的空穴浓度,
有利于形成良好的欧姆接触(3) 采用Ni/ Au 双层
作为p 电极,形成了良好的金属与半导体欧姆接触。
本文通过对Al InGaN/ GaN PIN 紫外光电探测器的
研究,详细介绍了其结构设计和制作工艺,以及其器
件的测试结果。
·669 ·
《半导体光电》2008 年10 月第29 卷第5 期黄 瑾等: Al InGaN/ GaN PIN 紫外光电探测器的研制
2 问题分析和解决方案
目前,紫外光电探测器一般采用Al GaN/ GaN
结构。随着Al GaN 中的Al 组分增加及响应波长的
减小,Al GaN 和GaN 之间的晶格失配变大,应力增
大,大大限制了Al GaN/ GaN 结构的器件性能,特别
是其暗电流和响应度。但是,Al InGaN 四元合金的
禁带宽度Eg 和晶格常数却可以独立变化,使我们
有可能调整禁带宽度到所需要的数值,同时保持较
低的位错密度,从而降低暗电流。图1 中的虚线代
表了晶格常数与GaN 一致的Al InGaN 的禁带宽度
的变化范围,如果用Al InGaN 四元合金做有源区,
就可以解决晶格失配所带来的问题。
四元合金Al x Iny GazN 晶格常数a 随组分的变
化关系可表示为[ 3 ]
aAl x In y Ga zN = xaAlN + yaInN + zaGaN (1)
式中, x + y + z = 1 。Al x Iny GazN 带隙随组分的变
化关系可表示为[ 4 ]
Q( x , y , z) = xy T12
1 - x + y
2 + yz T23
1 - y + z
2 +
xz T13
1 - x + z
2 / ( xy + yz + xz ) (2)
式中, Tij (α) =αB j + (1 - α) Bi + bijα(1 - α) , i , j =
1 ,2 ,3 分别代表AlN , InN ,GaN ,B 代表二元合金的
禁带宽度, b 代表三元合金的弯曲系数, b12 = - 5
b23 = - 4. 5 b13 = - 1 。
图1 纤锌矿结构的GaN 基材料的禁带宽度与晶格常数的
关系
如果aAl x In y Ga zN = aGaN , 即Al InGaN 与GaN 晶
格匹配。把表1 的各项参数带入式(1) ,得到x ∶y
= 4. 47 ∶1 。那么,与GaN 晶格匹配的Al InGaN 的
禁带宽度范围从3. 39 eV ( GaN ) 到4. 67 eV
(Al0. 817 In0. 183N) ,相应的波长从365 nm ( GaN) 到
266 nm (Al0. 817 In0. 183 N) 。这一波段正好处于日盲
区域,是紫外光探测器的理想探测波段。
表1 纤锌矿结构的GaN 基材料的禁带宽度和晶格常数[ 2]
参数GaN AlN InN
a/ nm 0. 318 9 0. 311 2 0. 353 3
c/ nm 0. 518 6 0. 498 2 0. 569 3
Eg / eV 3. 39 6. 20 1. 90
3 实验结果及分析
3. 1 样品结构生长及材料性能
本研究使用中国科学院半导体所用MOCVD
系统生长的Al InGaN 材料。样品A 是我们研制
PIN 型紫外光电探测器的总体结构。先在Al2 O3 衬
底上生长GaN 缓冲层, 再生长3 μm 掺Si 的n2
GaN , 然后是0. 2μm 的未掺杂的i2Al InGaN ,再生
长0. 2μm 的掺Mg 的p2Al InGaN ,最后生长0. 1
μm 的掺Mg 的p2GaN 作为欧姆接触层。为了研究
中间的未掺杂的Al InGaN 层和p 型Al InGaN 层的
性质,我们又分别生长了样品B 和样品C。样品B
是先在Al2 O3 衬底上生长GaN 缓冲层, 再生长3
μm 掺Si 的n2GaN , 最后生长0. 1μm 未掺杂的i2
Al InGaN。样品C 是先在Al2 O3 衬底上生长GaN
缓冲层, 再生长3μm 掺Si 的n2GaN , 最后生长0. 1
μm 掺Mg 的p2Al InGaN 。
分别对样品B ,C 做了X 光三晶衍射实验。图
2 (a) 、( b) 分别是样品B 和C 的X 光三晶衍射谱。
图2 (a) 中的34. 565°的峰是GaN (0002) 峰,34. 602°
的峰是Al InGaN (0002) 峰。图2 (b) 中的34. 565°的
峰是GaN ( 0002 ) 峰, 34. 583°的峰是Al InGaN
(0002) 峰。
由此,计算出样品B 和C 的晶格常数列于表2
中。从计算结果可以看出样品B 和样品C 中
Al InGaN 与GaN 晶格常数基本匹配。
(a) 样品B
·670 ·
SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS Vol. 29 No. 5 Oct. 2008
(b) 样品C
图2 样品的X光三晶衍射谱
表2 样品B和C的晶格常数
样品cGaN / nm cAl InGaN / nm
Δc
c GaN
/ %
B 0. 518 50 0. 518 00 0. 096
C 0. 518 50 0. 518 31 0. 037
为了分析Al InGaN 材料的组分,对样品进行
PL 谱测量。对比图3 (a) 、(b) 、(c) 得出,在图3 (c)
中,358. 6 nm 的发光峰为p2Al InGaN 的带边发射
365 nm 的发光峰为GaN 的带边发射i2Al InGaN 的
发光峰基本与GaN 的发光峰重合。计算得出p2
Al InGaN 的禁带宽度Eg = 3. 46 eV 。
(c) 样品A
图3 样品的室温(300 K) PL 谱
根据上面分析可知, 与GaN 晶格匹配的
Al x Iny GazN材料中,Al 组分与In 组分的比值为
4. 47 ∶1 ,所以我们可以确定p2Al InGaN 材料的组
分为Al0. 080 In0. 018 Ga0. 902N。
3. 2 器件工艺
本文按常规工艺制备了如图4 所示结构的PIN
光电探测器。它包括n2GaN 底层,i2Al InGaN 光吸
收层, p2Al InGaN 过渡层, p2GaN 欧姆接触层。
SiO2 作为器件的保护层和抗反射膜,用Ti/ Al/ Ni/
Au 作n 电极,用Ni/ Au 作p 电极。
图4 Al InGaN/ GaN PIN 结构示意图
试验中对p 型欧姆接触进行了工艺优化,材料
为K0299 p 型样品。合金温度优化表明500 ℃下所
获得的接触性能最好, 比接触电阻为1. 0 ×10 - 2
Ω ·cm2 。随后分别在K0299 ( p2GaN ) 样品和
K0294 (p2Al InGaN) 样品上制备了电极,结果p 型
Al InGaN 的I2V 特性很差,电阻率很大,难以形成
欧姆接触。相比之下,p 型GaN 的I2V 特性就好得
多, 而且形成了欧姆接触。所以我们在p 型
Al InGaN 层上面生长了一层p2GaN ,用p2GaN 来做
欧姆接触层,降低了电阻率。
·671 ·
《半导体光电》2008 年10 月第29 卷第5 期黄 瑾等: Al InGaN/ GaN PIN 紫外光电探测器的研制
4 器件性能测试与分析
图5 (a) 为Al InGaN PIN 型紫外探测器在正向
偏压下的I2V 特性曲线,其正向开启电压约为1. 5
V 。图5 (b) 为器件在反向偏压下的I2V 特性曲线,
器件的反向击穿电压约为40 V ,表现出较好的硬击
穿。由上述可见器件的I2V 特性良好。
图5 器件的I2V 特性曲线
将测试的数据进行处理,得到暗电流和反向偏
压关系曲线如图6 。从图6 可以看出,暗电流随反
相偏压增大而增大。在未加偏压时,暗电流在10 - 12
A 的数量级,在- 5 V 偏压下,暗电流仍然比较小,
仅为3. 3 ×10 - 11 A。
图7 是在- 5 V 偏压下测试得到的响应光谱。
光谱响应范围在200～400 nm ,实现了紫外探测。
Al InGaN 的禁带宽Eg = 3. 46 eV ,由公式hν≥Eg ,
λν= C ,可算出λ≤358. 4 nm。器件对波长大于358
nm 的入射光响应很小,相对峰值响应接近于零小
于200 nm 的入射光因为波长短,光吸收系数很大,
被表面复合,无法在外电路中形成光电流[ 5 ] 。但从
图7 看出,光谱响应的范围较窄,主要原因有: (1) p2
Al InGaN 层的Al 组分小,没能形成窗口层(2) p2
Al InGaN 层太厚,在光达到i 层前,大部分的光被p2
Al InGaN 层吸收了。
样品在350 nm - 5 V 偏压下峰响应为0. 163
A/ W ,量子效率达到58 %,性能优于T. N Oder 等
人[6 ] 报道的最大响应度0. 13 A/ W @326. 8 nm 的
In0. 02Al0. 15 Ga0. 83N 紫外光电探测器。最大响应度没
有出现在“太阳盲区”250～300 nm 范围内,主要是
因为i 层的Al InGaN 材料的Al 组分太小,使得i2
Al InGaN 的禁带宽度与GaN 的禁带宽度接近。
5 结论
采用晶格常数和禁带宽度可以独立变化的
Al InGaN 四元合金代替Al GaN 作为探测器的有源
层,成功研制出PIN 紫外光电探测器。通过PL 谱
测量和X 射线衍射实验,计算出生长的p2Al InGaN
材料的组分为Al0. 080 In0. 018 Ga0. 902 N ,与GaN 材料的
晶格失配率仅为0. 037 %。
(下转第708 页)
·672 ·
SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS Vol. 29 No. 5 Oct. 2008
品温度和环境温度慢慢趋于一致,即趋于热平衡时,
电阻变化缓慢且阻值降低较小。
图6 样品B 在空气中和真空中的电阻测量结果
4 结论
采用PECVD 法制备的掺硼氢化非晶硅薄膜,
其电阻值随测试时间呈现上升趋势,经XPS 分析发
现薄膜中存在氧化现象。光照条件下,样品光电阻
上升幅度增加,长时间的光照会导致S2W 效应出
现,分析表明光照会引起材料中弱Si - Si 键的断
裂,导致悬挂键缺陷态产生。掺硼氢化非晶硅的电
阻在退火前后均呈现波动现象,是由于随机电报噪
声的存在。通过对样品在真空中和空气中电阻测
量,证实在真空中材料焦耳热作用更显著,另外空气
的对流也对材料温度变化产生影响。
参考文献:
[1 ] Spear W E , Lecomber P G. Substitutional doping of
amorphous silicon [ J ] . Solid State Communication ,
1975 ,17 (9) :1 19321 196.
[2 ] Kelly M J . Model amorphous semiconductor
st ructures : tight2binding s2band elect ronic st ructure
[J ] . J . Non2crystalline Solids , 1975 ,18 (1) :55264.
[3 ] Ching W Y,Lin C C , Guttman L. St ructural disorder
and elect ronic properties of amorphous silicon [ J ] .
Phys. Rev. B , 1977 , 16 :5 48825 498.
[4 ] Budianu E , Purica M. Optical improved st ructure of
polycrystalline silicon2based thin2film solar cell [ J ] .
Solar Energy Materials and Solar Cells , 2002 , 72 ( 12
4) :2232229.
[5 ] Tsuda S , Sakai S , Nakano S. Recent progress in a2Si
solar cells[J ] . Appl. Surface Science , 1997 , 113 :7342
740.
[6 ] Wodit sch P , Koch W. Solar grade silicon feedstock
supply for PV indust ry[J ] . Solar Energy Materials and
Solar Cell , 2002 , 72 (1) :11226.
[7 ] Pernet P ,Felder R. Optimization of amorphous silicon
solar cells on polymer film subst rates [ C ] . 14th
European Photovoltaic Solar Energy Conference ,
Spain : Barcelona , 1997 : 2 33922 342.
[8 ] 张春红,张志谦,曹海琳,等. 聚酰亚胺/ 纳米SiO2 杂
化膜的制备和表征[J ] . 材料科学与工艺, 2006 , 14
(6) :6422645.
[9 ] 陈治明. 非晶半导体材料与器件[M] . 北京:科学出版
社,1991. 63.
[10 ] 何宇亮,陈光华,张仿清. 非晶半导体物理学[M] . 北
京:高等教育出版社,1989. 172.
作者简介:
杨利霞(1985 - ) ,女,硕士研究生,研究方向为
光电传感器用硅基薄膜敏感材料。
E2mail : lee4963 @163. com
(上接第672 页)
合金温度优化表明500 ℃合金退火下所获得的
p 型欧姆接触性能最好,比接触电阻为1. 0 ×10 - 2
Ω ·cm2 。I2V 特性显示,器件正向开启电压为1. 5
V 左右,反向击穿电压为40 V 在- 5 V 偏压下,暗
电流为3. 3 ×10 - 11 A 样品在350 nm 下的最大响应
度为0. 163 A/ W ,量子效率为58 %,显示出了良好
的器件特性。
参考文献:
[1 ] Litton C W ,Schreiber P J , Smith G A , et al . Design
requirement s for high2sensivity UV solar blind imaging
detectors based on AlGaN / GaN photodetector arrays :
A review[J ] . Proc. SPIE , 2001 , 4 454 : 2182232.
[2 ] Levinshtein M E ,Rumyant sev S L. 先进半导体材料
性能与手册[M] . 北京:化学工业出版社, 2003.
[3 ] McIntosh F G, Bout ros K S , Robert s J C , et al.
Growth and characterization of Al InGaN quaternary
alloys[J ] . Appl. Phys. Lett . ,1996 , 68 (1) :40242.
[4 ] Aumer M E ,LeBoeuf S F , Mclntosh F G, et al. High
optical quality Al InGaN by metalorganic chemical
vapor deposition [ J ] . Appl. Phys. Lett . , 1999 , 75 :
3 315.
作者简介:
黄 瑾(1983 - ) ,女,福建人,硕士研究生,主要
从事GaN 基材料和器件的研究。
E2mail : yehehuangjin0207812 @hotmail . com
·708 ·
SEMICONDUCTOR OPTOELECTRONICS Vol. 29 No. 5 Oct. 2008
微电子考研科目是分设计和工艺两个方向：设计考数电模电，有些学校还要考MOS集成电路；工艺考半导体物理和半导体器件。东南大学主要是射频这块做的好
东南国家重点实验室，电子信息类3个
1，移动通信国家重点实验室
2，微波，毫米波国家重点实验室
3，生物电子学国家重点实验室
国家工程技术中心，电子类一个
1，国家专用集成电路工程技术中心
，西电各方面都很强很均衡。湖南大学不清楚。
杭州电子科技大学
信息产业部重点学科 电路与系统
信息产业部重点学科 微电子学与固体电子学
信息产业部重点学科 通信与信息系统
信息产业部重点学科 计算机软件与理论
信息产业部重点学科 控制理论与控制工程
信息产业部重点学科 管理科学与工程
以下高校拥有微电子与固体电子学国家重点学科：
清华、北大、西安电子科技大、电子科大、复旦、上海交大、南大、吉林大学。
国家重点学科分布如下:
电子科大:物理电子学，电磁场与微波技术，电路与系统，微电子与固体电子学
西电:电磁场与微波技术，电路与系统，微电子与固体电子学
清华:电路与系统，微电子与固体电子学，物理电子学
北大:物理电子学，微电子与固体电子学
复旦:电路与系统，微电子学与固体电子学
北邮:电磁场与微波技术，电路与系统
东南:电磁场与微波技术
上海交大:电磁场与微波技术
西安交大:微电子与固体电子学
华中科大:物理电子学
北京理工大学:物理电子学
南京大学:微电子与固体电子学
吉林大学:微电子与固体电子学
哈工大:物理电子学
西北工大:电路与系统
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