薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga_(2)O_(3)薄膜光电性能的影响

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β-Ga_(2)O_(3)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β-Ga_(2)O_(3)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β-Ga_(2)O_(3)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β-Ga_(2)O_(3)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/cm^(2))紫外光照下,表现出较高的光暗电流比(3.2×10^(5)),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,1.9×10^(11) 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.