技术支持

您现在的位置:首页  >  技术文章  >  基于金属有机化学气相沉积的ε-Ga2O3薄膜的非对称肖特基结构超高性能日盲光电探测器

基于金属有机化学气相沉积的ε-Ga2O3薄膜的非对称肖特基结构超高性能日盲光电探测器
发布时间:2021-10-18浏览:335次

     Ga2O3有着4.7-5.2eV的宽禁带,本质上适合日盲光电探测器。Ga2O3有五种同构异形体单斜β-Ga2O3薄膜因其高温度稳定性已经有了大量的研究。其他相,特别是α-γ-δ-ε-Ga2O3很少被研究。最近由于ε-Ga2O3其有高度对称的六面体结构有可能将氮化物和ε-Ga2O3结合起来,形成致力于光电应用的III-氧化物/III-氮化物异质结器件结构因此而广受科研工作者关注。

在本文中,中国科学技术大学龙世兵课题组通过氯化物辅助MOCVD,成功地生长出了在c-平面蓝宝石衬底上的高质量单晶ε-Ga2O3薄膜。基于异质ε-Ga2O3薄膜上的,带有非对称肖特基电极的日盲光电探测器被构建。此器件表现出高性能日盲特性,的高光-暗电流比(PDCR),Jones的高探测率和%的外量子效率。同时实现了84 A/W的响应率,100 ms的快响应速度。

1.3.1 ε-Ga2O3日盲光电探测器结构

1(a)展示了制备的ε-Ga2O3 SBPD的截面图。ε-Ga2O3异质外延层生长于蓝宝石上,通过MOCVDHCl诱导的生长方式生长。扫描电子显微镜图像显示MOCVD生长的ε-Ga2O3薄膜的表面形态平整1(b)ε-Ga2O3外延薄膜的X射线衍射(XRD)图像展示该薄膜为高晶体质量的纯相ε-Ga2O3。图1(c)ε-Ga2O3薄膜UV-可见光学透射光谱。在低于280nm时,透过急剧下降,表明在此后波长有着很强的吸收能力证实了该薄膜的日盲特性

 

1. 制备的ε-Ga2O3 SBPD的横截面示意图ε-Ga2O3 外延膜的 (b)X射线衍射图和(c) 透过谱。

 

1.3.2 ε-Ga2O3日盲光电探测器性能

2(a)ε-Ga2O3 SBPD在黑暗和在254 nm,强度为87 μW/cm²光照下半对数和线性I-V曲线。暗电流在电压-6V+6V范围内保持在很低水平,该器件表现出很好的肖特基特性。利用传输线模型计算得Ti/Au接触的接触电阻率为4.32×10² Ω cm²。此外,ε-Ga2O3薄膜方块电阻为1.2×Ω/sq。因此,低开态电流可归因于高平面电阻和接触电阻。利用对J-V图线性拟合得φB0.88 eV

通常来说,光电响应特性依赖于光强。因此,在ε-Ga2O3 SBPD上研究了I-V曲线和光强的关系,如图2(b)所示。可以看到光电流随着光强而增加。

我们计算了一些关键的品质因数来评估制备的ε-Ga2O3 SBPD的性能,例如响应度(R),探测度(D*)和外量子率(EQE)。该器件在不同光照强度下的关键参数在V=6V时被提取,正如图2(c)(d)所示。正如期待的那样,光电流随着光照强度而增大,因为在更高光功率光照下在ε-Ga2O3沟道中有更多的光子被吸收以及更多的光激发载流子产生。因此,PCDRRD*也会随着光照强度而增大,表明不会有ε-Ga2O3 SBPD的光或热引导退化。

 

2. 在暗环境和光照下的线性和半对数坐标下的I-V曲线。(b)在暗环境和光照条件下的半对数坐标的I-V曲线。 (c)光电流和光/暗电流比和(d)响应度和探测率随光强的变化关系。

 

不同光强及栅压对ε-Ga2O3日盲光电探测器性能的影响

3(a)为在不同电压下,光强为87μW/cm²的时光电流随时间变化的响应特性。光电流随着偏压而增大,因为光生载流子被电场加速,因此更多的光生载流子在更高偏压下被收集。为了获得精确的响应速度,放大的归一化时变光电流曲线画在图3(b)中,以展示下降过程。下降时间被定义为从90%下降至10%的时间,估算为100ms,与已报导的Ga2O3 探测器相比,这是一个很快的速度。快下降时间可归功于在通过MOCVD生长的ε-Ga2O3薄膜中,通过氢/氯对深能级陷阱的钝化,在此过程中HCl作为催化剂。

 

3. 该器件在不同偏压条件下的时间相应特性。(b)归一化下降沿过程。(c)ε-Ga2O3 SBPD的反向I-V特性曲线。(d)该器件得到的响应度与衰减时间的关系

 

3(c)为黑暗环境下制备的ε-Ga2O3 SBPD的反向I-V特性曲线高击穿电压使得ε-Ga2O3薄膜有可能被用来制造高增益的光电二极管。在此工作中,在ε-Ga2O3 SBPD上实现了84A/W的响应度,和100ms的快响应速度。如图3(d)所示。 

中国科学技术大学龙世兵教授课题组简介

    课题组主要从事宽禁带半导体氧化镓材料的生长,器件开发,包括电力电子器件以及紫外探测器件,功率器件模组以及成像系统的开发。主要期望通过优化器件结构的设计,以及完善工艺开发,制备更高性能的功率器件和深紫外探测器件,实现更高的击穿电压,更低的导通电阻,更高的响应度和更快的响应速度等。截止目前,龙世兵教授主持国家自然科学基金、科技部(863973、重大专项、重点研发计划)、中科院等资助科研项目15项。在Adv. Mater., ACS PhotonicsIEEE Electron Device Lett.等国际学术期刊和会议上发表论文100余篇,SCI他引6300余次,H指数44

 

文章信息

这一成果以“High-Performance Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Grown ε-Ga2O3 Solar-Blind Photodetector With Asymmetric Schottky Electrodes”为题发表在IEEE Electron Device Letters期刊上。中国科学技术大学覃愿为第一作者,龙世兵教授为通讯作者。

文章信息:IEEE Electron Device Letters, 2019, 40(9), 1475-1478上。

 

免责说明

北京卓立汉光仪器有限公司公众号所发布内容(含图片)来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有,北京卓立汉光仪器有限公司发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享。

如果您认为本文存在侵权之处,请与我们联系,会第一时间及时处理。我们力求数据严谨准确,如有任何疑问,敬请读者不吝赐教。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 

北京卓立汉光仪器有限公司 版权所有    备案号:京ICP备05015148号-4

技术支持:化工仪器网    管理登陆    网站地图

联系电话:
010-5637 0168-696

微信服务号