周树仁 张红 莫慧兰 刘浩文 熊元强 李泓霖 孔春阳 叶利娟 李万俊

(重庆师范大学物理与电子工程学院, 重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 401331)

单斜氧化镓(β-Ga2O3)材料因其独特而优异的光电特性在日盲紫外探测领域具有广阔的应用前景, 受到国内外研究者的广泛关注.本研究工作采用射频磁控溅射技术, 在c面蓝宝石衬底上制备了未掺杂和氮(N)掺杂β-Ga2O3薄膜, 研究了N掺杂对β-Ga2O3薄膜结构及光学特性的影响; 在此基础上, 构筑了未掺杂和N掺杂β-Ga2O3薄膜基金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal, MSM)型日盲紫外探测器, 并讨论了N掺杂影响器件性能的物理机制.结果表明, N掺杂会导致β-Ga2O3薄膜表面形貌变得相对粗糙, 且会促使β-Ga2O3薄膜由直接带隙向间接带隙转变.所有器件均表现出较高的稳定性和日盲特性, 相比之下, N掺杂β-Ga2O3薄膜器件能展现出较低的暗电流和更快的光响应速度(响应时间和恢复时间分别为40和8 ms),与氧空位相关缺陷的抑制密切相关.本研究对开发新型的高性能日盲紫外探测器具有一定的借鉴意义.

1 引 言

日盲紫外光(200—280 nm)在进入大气层时会被臭氧层吸收, 故地球表面几乎不存在该波段的光.因此, 日盲紫外光电探测器具有较高的灵敏度和准确率[1,2], 在导弹跟踪、安全通信, 臭氧空洞检测、火灾探测等军事和民用领域有较大的应用前景[3,4].一般而言, 日盲紫外探测器选用禁带宽度大于4.4 eV的半导体材料, 目前主要集中在AlxGax–1N[5],ZnMgO[6], 金刚石[7]和单斜氧化镓(β-Ga2O3)[8]上.作为一种新型超宽禁带半导……