薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga2O3薄膜光电性能的影响

• 作者: 李秀华 张敏 杨佳 邢爽 高悦 李亚泽 李思雨 王崇杰
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: b-Ga2O3薄膜 日盲紫外探测器 薄膜厚度 光电探测性能
• 年，卷（期）: 2022,（4）
• 所属期刊栏目: 物理学交叉学科及有关科学技术领域|INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 页码范围: 280-291
• 页数: 12页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.71.20211744

摘要

本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的b-Ga2O3薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对所得氧化镓薄膜相组成、表面形貌、光学性能以及光电探测性能的影响.结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜结晶质量提高,840 nm薄膜最佳,1050 nm薄膜结晶质量略有降低.不同厚度b-Ga2O3薄膜在波长200—300 nm日盲区域内均具有明显的紫外光吸收,禁带宽度随着薄膜厚度的增加而增加.PL谱中各发光峰峰强随着薄膜厚度的增加而减小,表明氧空位及其相关缺陷受到抑制.在b-Ga2O3薄膜基础上制备出日盲紫外光电探测器的探测性能(光暗电流比,响应度,探测率,外量子效率)也随薄膜厚度的增加呈先增后减的趋势.厚度约为840 nm的b-Ga2O3紫外光电探测器,在5V偏压下,表现出极低的暗电流(4.9×10-12 A),以及在波长254 nm(600μW/cm2)紫外光照下,表现出较高的光暗电流比(3.2×105),较短的响应时间0.09/0.80 s(上升时间),0.06/0.53 s(下降时间),其响应度、探测率和外量子效率分别为1.19 mA/W,1.9×1011 Jones和0.58％,且其光电流随光功率密度和偏置电压的增加几乎呈现线性增加,可以用于制作日盲紫外探测器.