β-Ga2O3薄膜的分子束外延生長及其紫外光敏特性研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的日益發(fā)展，寬禁帶半導(dǎo)體材料愈來愈受到重視。作為一種新型寬禁帶半導(dǎo)體，β-Ga2O3屬于直接帶隙半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度介于4.8 eV~5.1 eV之間，是一種潛在的日盲紫外探測材料，已成為半導(dǎo)體學(xué)界的研究熱點之一。
　　本文采用分子束外延方法在（0001）藍(lán)寶石基片上生長β-Ga2O3薄膜，Ga分子束流由標(biāo)準(zhǔn)K-cell產(chǎn)生，原子氧束流由RF等離子體源產(chǎn)生。采用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力

2、顯微鏡（AFM）、光致發(fā)光譜（PL）、X射線光電子能譜（XPS）、紫外-可見光（UV-Vis）透射譜等方法研究了所生長薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。
　　首先，本論文對β-Ga2O3薄膜的分子束外延工藝參數(shù)進(jìn)行了初步探索。用XRD作為主要表征手段，系統(tǒng)研究了不同Ga源溫度、O2流量、RF源功率和基片溫度下所生長薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明分子束外延生長β-Ga2O3薄膜的優(yōu)化工藝參數(shù)如下：Ga源溫度為960℃，O2流量為1 sccm，RF

3、等離子體源功率為300 W，基片溫度為760℃。對在優(yōu)化工藝參數(shù)下制備的β-Ga2O3薄膜作進(jìn)一步表征，在XRD的θ~2θ掃描譜中，位于18.94°、38.421°、59.186°處出現(xiàn)的衍射峰分別對應(yīng)于β-Ga2O3(201)、(402)、(603)面的特征衍射，(201)面搖擺曲線（ω掃描）的半高寬（FWHM）為1.9°，這表明在(0001)藍(lán)寶石基片表面生長的β-Ga2O3薄膜具有(201)擇優(yōu)取向生長特征，其(201)面平行于基

4、片的（0001）面，織構(gòu)程度較好。AFM和SEM測試結(jié)果表明，薄膜表面平整均勻。XPS譜分析結(jié)果表明所生長的薄膜為Ga的三價氧化物。UV-Vis透射譜測試表明，在300 nm至1000 nm的波段，薄膜有80％的透過率，在250 nm波長附近存在銳利的吸收邊，并由透射率推導(dǎo)出薄膜的光學(xué)帶隙為4.9 eV。PL譜分析結(jié)果表明波長458 nm處存在藍(lán)光發(fā)光峰。
　　在β-Ga2O3薄膜的分子束外延生長及材料光學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，本論文

5、進(jìn)一步在氧化鎵薄膜上制作了叉指結(jié)構(gòu)MSM光導(dǎo)型紫外探測器，叉指電極指長、指寬和指間距分別為96μm、3μm、3μm，光敏面積為0.013 mm2。在波長254 nm、光照強度為13μW/cm2的紫外光源照射下，對器件的I-V特性和光電流時間響應(yīng)特性進(jìn)行測試，結(jié)果表明：在20 V偏壓下，暗電流為8 nA,光電流為624 nA,光電流與暗電流比值達(dá)78，光響應(yīng)度達(dá)360 AW-1。器件的光譜響應(yīng)特性測試結(jié)果表明：器件在波長為235 nm處的