基于SiO2/Si3N4介质膜分布式布拉格反射镜的紫外带通滤波器的制备与研究

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紫外光电探测器因在短距离通讯,导弹预警等领域的应用前景而成为目前技术研发的热点。然而,传统的肖特基势垒型,p-i-n结型探测器仍存在量子效率不高、波段选择性较差等问题。近年来,共振腔增强型(RCE)探测器成为一个研究热点。RCE探测器是将吸收层置入法布里-帕罗腔中,由于腔体对共振波长的选择和放大作用,探测器在共振波长处具有很高的灵敏度,从而表现出很高的量子效率。而分布式布拉格反射镜(DBR)作为构成法布里-帕罗腔垂直腔表面发射激光器的重要组成部分更是引起了科学界极大的兴趣。鉴于共振腔增强型RCE探测器的结构,半导体吸收层需要生长在底镜上,因此要求底镜的材料具有与半导体吸收层匹配的晶体结构和晶格常数。而对探测器表面的DBR而言,就没有选用材料的限制。同时,相比于氮化物基分布式布拉格反射镜,SiO2/Si3N4介质膜DBR具有制备工艺灵活、成本低、较窄的自发发射谱、较少层数即可达到较高反射率等诸多优点。在本论文中,采用PECVD技术生长上述RCE探测器表面的SiO2/Si3N4DBR结构,并提出以此为基础进一步制备中心位置、通带宽度灵活可调的紫外带通滤波器。借助多种测试、表征手段对该种滤波器展开了探索和研究。研究的主要内容和结果如下:1.研究了由等离子增强化学气相淀积技术(PECVD)在标准工艺下制得Si02和Si3N4薄膜的折射率、生长速率、厚度等重要参数。制备的薄膜被证明具有很好的质量,为进一步制备分布式布拉格反射镜及带通滤波器打下坚实的基础。2.利用等离子增强化学气相淀积技术(PECVD)在C面蓝宝石衬底上制备了通带宽度30nm~45nm与通带中心波长范围310nm~370nm的基于SiO2/Si3N4DBR的紫外带通滤波器。光反射谱测试表明,样品具备陡峭的上升、下降沿,波长选择比(禁带平均反射率/通带平均反射率)最高达到2.6。进一步研究表明,实际情况构成的带通滤波器的反射谱并非两个分立的单镜反射谱的简单叠加,其间的干涉现象较为明显,局部波段存在干涉增强、干涉相消现象。干涉影响被认为来自于z方向上一前一后叠加生长DBR而形成的隔离层(space layer).3.进一步测试表明,样品的反射峰位置与光学传递矩阵计算所得的理论值匹配良好,而其峰值与理论值却存在一定误差。通过X射线小角反射谱(XRR)测试,结合扫描电子显微镜(SEM)剖面扫描,原子力显微镜(AFM)表面形貌分析,发现生长过程中造成的表面粗糙度变化引起了DBR整体厚度的轻微偏差,一定程度上造成了实测反射谱与理论值的异同。另一方面,借助X射线光电子谱(XPS)分析,证明氮化硅薄膜材料并非理论上的纯Si3N4,而是存在一定程度的非故意氧掺杂而形成氮氧化硅层,造成了折射率的变化,进而影响了反射峰的峰值。同时考虑到介质层间过渡层的形成,采用实际的SiO2/SiON/Si3N4的准三层结构进行理论计算,模拟数值与实测值匹配更好。
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