李磊 支鈺崧 張茂林2) 劉增2)? 張少輝 馬萬(wàn)煜 許強(qiáng) 沈高輝 王霞 郭宇鋒2) 唐為華2)??

1) (南京郵電大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院,氧化鎵半導(dǎo)體創(chuàng)新中心,南京 210023)

2) (南京郵電大學(xué),射頻集成與微組裝技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,南京 210023)

3) (深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院,微納光電子學(xué)研究院,深圳 518060)

4) (中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院,北京 100076)

5) (山西工程技術(shù)學(xué)院電氣與控制工程系,陽(yáng)泉 045000)

鑒于紫外探測(cè)器在諸多領(lǐng)域的重要應(yīng)用,探尋自供電型探測(cè)器以及挖掘其內(nèi)在運(yùn)行機(jī)理顯得尤為關(guān)鍵.本文制備的Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)紫外探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)254 nm 波長(zhǎng)(UVC 波段)和365 nm(UVA 波段)波長(zhǎng)紫外光的敏感探測(cè),并在不同方向的偏壓驅(qū)動(dòng)下能夠?qū)崿F(xiàn)耗盡模式和光電導(dǎo)模式的光探測(cè).這里介紹的基于Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)的雙波段、雙模式紫外光電探測(cè)器具有理想的暗電流和光響應(yīng)特性;在5 和–5 V 偏壓下,在254 nm 光照射下的光響應(yīng)度分別為2.09 和66.32 mA/W,在365 nm 光照射下的光響應(yīng)度分別為0.22 和34.75 mA/W.并且僅在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下能夠自供電運(yùn)行,對(duì)254 和365 nm 波長(zhǎng)紫外光的光響應(yīng)度為0.13 和0.01 mA/W.進(jìn)一步,除對(duì)材料與器件性能的表征與解析,本文還從異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的運(yùn)行機(jī)理上分析了其雙波段與雙模式探測(cè)特性.

1 引言

紫外光電探測(cè)器是先進(jìn)通訊、火警探測(cè)、空氣凈化以及臭氧監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中重要的元器件之一[1].目前,硅(Si)基探測(cè)器已經(jīng)相對(duì)成熟,但往往需要高透過(guò)率的濾波器和熒光材料阻擋低能光子以提升效率[2],這樣就會(huì)增加器件加工與運(yùn)行的成本.寬禁帶半導(dǎo)體由于其能帶上的天然優(yōu)勢(shì)能夠在無(wú)需材料或器件的特殊處理的情況下實(shí)現(xiàn)紫外探測(cè)[3],并且隨著材料生長(zhǎng)技術(shù)的進(jìn)步與器件加工能力的提升,寬禁帶半導(dǎo)體材料的獲取也越來(lái)越容易[4],寬禁帶半導(dǎo)體紫外探測(cè)器件也因此取得了很大的進(jìn)展[5?8].氧化鎵(Ga2O3)作為一種典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,其禁帶寬度為4.9 eV 左右,化學(xué)及熱力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在深紫外探測(cè)領(lǐng)域受到了越來(lái)越多的重視.基于Ga2O3基深紫外探測(cè)器,各種器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化手段被用來(lái)優(yōu)化提升探測(cè)器的性能.

具體地,Qian 等[9]利用局域表面等離激元共振的方法,引入Al@Al2O3核殼納米陣列結(jié)構(gòu)使Ga2O3基深紫外探測(cè)器的光響應(yīng)度(responsivity,R)達(dá)到216 A/W,探測(cè)度(detectivity,D*)達(dá)到4.22×1015Jones.Liu 等[10]通過(guò)構(gòu)建非對(duì)稱勢(shì)壘的Ga2O3基肖特基結(jié),不僅獲得了超高的深紫外光響應(yīng)性能,探測(cè)器還能在無(wú)源狀態(tài)(零偏壓)下穩(wěn)定運(yùn)行,這種依賴于內(nèi)建電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的自供電工作模式使其R達(dá)到了0.73 mA/W,D*達(dá)到了3.35×1010Jones.此外,由于表面俘獲效應(yīng)的存在,Ga2O3深紫外探測(cè)器的持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)與增益循環(huán)機(jī)制也被研究并報(bào)道[11,12].

就絕大多數(shù)電子、光電子器件而言,異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建由于不同的禁帶寬度以及不連續(xù)的能帶會(huì)帶來(lái)諸多新奇物理現(xiàn)象與器件性能的改善[13?16].界面的質(zhì)量對(duì)異質(zhì)結(jié)器件起著至關(guān)重要的決定性作用[15],在很大程度上,我們甚至可以將界面稱為器件[13].對(duì)于Ga2O3基深紫外探測(cè)器,已經(jīng)有一些異質(zhì)結(jié)構(gòu)的報(bào)道;比如,異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建對(duì)探測(cè)性能的提升[17,18],自供電運(yùn)行模式的促成[19,20],以及寬帶探測(cè)的實(shí)現(xiàn)[21,22]等.Ga2O3與Al0.1Ga0.9N 都屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料;鑒于寬禁帶半導(dǎo)體的材料特性,該工作組建了基于全寬禁帶半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu).就Ga2O3基探測(cè)器而言,已經(jīng)報(bào)道的Ga2O3/GaN 異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的性能優(yōu)異[23,24],Al0.1Ga0.9N 與GaN 具有相近的晶格結(jié)構(gòu)和原子間距,故本文將利用射頻磁控濺射技術(shù)構(gòu)建Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 薄膜異質(zhì)結(jié),在對(duì)材料做出基礎(chǔ)表征的前提下來(lái)探討該異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的紫外光電傳感特性,并就其雙波段探測(cè)和雙工作模式展開(kāi)細(xì)致分析.

2 實(shí)驗(yàn)方法

首先,利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD)技術(shù)在c面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)Al0.1Ga0.9N 薄膜,然后利用射頻磁控濺射技術(shù)在Al0.1Ga0.9N 薄膜上再沉積Ga2O3薄膜.在獲得Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 平面異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上,通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)移的方法將銦(In)金屬圓柱形小塊分別轉(zhuǎn)移到Al0.1Ga0.9N 和Ga2O3薄膜的表面以作為電極,通過(guò)光學(xué)顯微鏡測(cè)量得到異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的有效光照面積約為1.00 mm2,相應(yīng)的探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(b)所示.

為了檢驗(yàn)本工作中所制備的薄膜材料的晶體質(zhì)量,采用X 射線衍射(X-ray diffraction,XRD)和紫外-可見(jiàn)光吸收光譜(UV-Visible absorption spectroscopy)加以驗(yàn)證.進(jìn)一步,為了表征此異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的紫外光電響應(yīng)特性,利用keysight 1505A 半導(dǎo)體測(cè)試儀器來(lái)完成,并輔助以能夠發(fā)射254 和365 nm 紫外的光源來(lái)輻照樣品.

3 結(jié)果分析

如圖1(a)所示,其為Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)的XRD 圖譜,結(jié)果顯示有Al0.1Ga0.9N 的(001)和(002)衍射峰[25],Ga2O3的(110)衍射峰(α-Ga2O3),以及c面藍(lán)寶石襯底的(0006)衍射峰.一般,文獻(xiàn)報(bào)道的襯底衍射峰要比生長(zhǎng)的薄膜衍射峰尖銳,這里襯底衍射峰低于制備的薄膜衍射峰,可能是由于我們使用的Al0.1Ga0.9N 薄膜厚度高達(dá)5 μm 并對(duì)襯底衍射起到了一定的掩蓋的緣故.利用上述介紹的薄膜異質(zhì)結(jié)構(gòu),制備的Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)紫外光電探測(cè)器如圖1(b)所示.

圖1 Ga2O3/Al0.1Ga0.9 N 異質(zhì)結(jié) (a) X 射線衍射圖譜;(b) 相應(yīng)的紫外光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.(a) The XRD pattern of the Ga2O3/Al0.1Ga0.9N heterojunction,and (b) its schematic diagram of the UV photodetector.

本文所制備的Ga2O3與Al0.1Ga0.9N 薄膜的吸收光譜(測(cè)試波長(zhǎng)介于190 到900 nm 之間)如圖2(a)和圖2(b)所示;從這個(gè)結(jié)果,能夠明顯看出Ga2O3和Al0.1Ga0.9N 薄膜分別對(duì)UVC,UVA 波段的紫外光表現(xiàn)出了明顯的強(qiáng)吸收能力,然而對(duì)于可見(jiàn)光波段基本無(wú)吸收,據(jù)此可以推斷Ga2O3/Al0.1Ga0.9N異質(zhì)結(jié)本質(zhì)上是可以實(shí)現(xiàn)UVA/UVC 雙波段紫外光吸收,體現(xiàn)該異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的雙波段探測(cè)能力.對(duì)變量(αhv)2與光子能量(hv)的函數(shù)曲線采取外推法[如圖2(a)和圖2(b)內(nèi)插圖所示]計(jì)算得到Ga2O3與Al0.1Ga0.9N 的光學(xué)帶隙(Eg)分別約為5.11 和3.58 eV,其擬合曲線的Tauc 函數(shù)表達(dá)式為

圖2 (a) Al0.1Ga0.9N 薄膜和 (b) Ga2O3 薄膜的紫外-可見(jiàn)光吸收光譜,相應(yīng)的內(nèi)插圖分別為 (αhv)2 與(hv)的函數(shù)關(guān)系曲線Fig.2.UV-vis absorbance spectrum of the (a) Al0.1Ga0.9N and (b) Ga2O3 thin films.The corresponding insets are the functions of(αhv)2 versus hv,respectively.

其中Eg為帶隙;C為常數(shù);α為吸收系數(shù);h為普朗克常數(shù);v為入射光頻率.本工作獲得的Ga2O3與Al0.1Ga0.9N 的光學(xué)帶隙值與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[4,25].

圖3 所示為 Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器在暗條件以及不同光照強(qiáng)度(波長(zhǎng)為365 和254 nm)輻照下的電流-電壓(I-V)關(guān)系圖,可以看出該異質(zhì)結(jié)探測(cè)器在暗條件下表現(xiàn)出了良好的整流特性,這樣在反向偏壓下更易獲得低噪聲的光電探測(cè).在254 nm 紫外光照射下整流比也僅約為40,在365 nm 紫外光照射下整流比約為100;探測(cè)器在暗條件下具有較低的暗電流(dark current,Idark);在+5 和–5 V 電壓的驅(qū)動(dòng)下,Idark分別為68.74 和5.32 pA,較低的Idark將引入更小的噪聲影響和更高的靈敏度(假設(shè)將Idark作為探測(cè)器噪聲的主要來(lái)源).其光暗電流比(photo-to-dark current ratio,PDCR)在波長(zhǎng)為254 nm(UVC),相應(yīng)的光強(qiáng)為207 μW/cm2時(shí)高達(dá)1.93×103;而在波長(zhǎng)為365 nm(UVA),相 應(yīng) 的 光 強(qiáng) 為530 μW/cm2光照下,PDCR 高達(dá)7.92×103,較大的PDCR 展現(xiàn)出了這里介紹的異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器對(duì)254 和365 nm 波長(zhǎng)的紫外光都具有很強(qiáng)的敏感性,體現(xiàn)出了該Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)探測(cè)器具有雙波段(dual-band)探測(cè)的能力.

圖3 Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的對(duì)數(shù)形式的I-V 特性曲線 (a) 暗條件與254 nm 波長(zhǎng)紫外光輻照;(b) 暗條件與365 nm 波長(zhǎng)紫外光輻照Fig.3.The semi-log I-V curves of the Ga2O3/Al0.1Ga0.9N heterojunction photodetector: (a) In the dark under 254 nm light illumination;(b) in the dark and under 365 nm light illumination.

這里,用R,D*和外量子效率(external quantum efficiency,EQE)這三項(xiàng)衡量光電探測(cè)器的重要指標(biāo)來(lái)表征探測(cè)器性能,其公式如下[26]:

其中P為入射光強(qiáng);q為電荷量(1.6×10–19C);S為有效光照面積;h為普朗克常量(6.626×10–34J·s);c為光速;λ為入射光的波長(zhǎng)(本文為254 和365 nm).另外,通過(guò)對(duì)圖3 的觀察,很明顯可以看到,在反向偏壓下其為截止?fàn)顟B(tài),在正向偏壓下其為導(dǎo)通狀態(tài).這類探測(cè)器在執(zhí)行光探測(cè)時(shí),不同方向偏壓下的運(yùn)行機(jī)理不同,探測(cè)器在反向和正向偏壓下的運(yùn)行模式分別為耗盡模式和光電導(dǎo)模式,光電導(dǎo)模式探測(cè)器類似于一個(gè)光敏電阻,其輸運(yùn)機(jī)制通常用電子隧穿理論描述.對(duì)于N-N 異質(zhì)結(jié)而言,由于能帶階躍和能帶彎曲,也會(huì)在界面形成尖峰勢(shì)壘,所以耗盡模式下的載流子輸運(yùn)也可以用熱電子理論解釋[27,28]:

其中I0為飽和電流;A為金屬半導(dǎo)體接觸的有效面積;A?為有效理查德森常數(shù);n為理想因子;kB為玻爾茲曼常數(shù):φB為異質(zhì)結(jié)界面的勢(shì)壘高度.由于載流子輸運(yùn)機(jī)理的不同,這個(gè)Ga2O3/Al0.1Ga0.9N異質(zhì)結(jié)探測(cè)器執(zhí)行的是雙模式的探測(cè).異質(zhì)結(jié)器件由于在正反偏壓下的輸運(yùn)機(jī)理不同,因此使得相應(yīng)的偏壓下探測(cè)器的工作模式不同,包括光電導(dǎo)模式和耗盡模式.光電導(dǎo)模式具有良好的線性關(guān)系以及可量化的應(yīng)用空間.耗盡模式的Idark相對(duì)更低,當(dāng)將其作為主要噪聲來(lái)源時(shí),探測(cè)器的D*會(huì)很高.根據(jù)(2)式—(4)式計(jì)算所得,無(wú)論是在正向還是反向偏壓下的R,D*和EQE 分別被總結(jié)在表1 中,這就說(shuō)明這里所介紹的異質(zhì)結(jié)探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)雙波段(254 nm: UVC,365 nm: UVA)、雙模式(耗盡模式與光電導(dǎo)模式)的紫外光電探測(cè).

表1 雙波段、雙模式Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的性能總結(jié)Table 1.Summary on the performance of the dual-band,dual-mode heterojunction photodetector.

關(guān)于自供電型的光電探測(cè)器的研究包括運(yùn)行機(jī)理、運(yùn)行模式和探測(cè)波段等.對(duì)于異質(zhì)結(jié)器件而言,由于形成結(jié)的兩種不同半導(dǎo)材料體接觸表面會(huì)有內(nèi)建電場(chǎng)的存在,這就能在不施加偏壓的條件下分離電子-空穴對(duì),故而這類異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器可以在無(wú)外加電壓下穩(wěn)定工作,即稱為自供電運(yùn)行.如圖4 所示,其為在0 V 偏壓下的瞬時(shí)光響應(yīng)與光強(qiáng)關(guān)系圖;隨著光強(qiáng)的增加,更多的光生載流子被激發(fā),從而可以輸出更大的Iphoto.這個(gè)結(jié)果不僅驗(yàn)證了此Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)探測(cè)器可以在自供電模式下工作,也說(shuō)明了探測(cè)器能夠響應(yīng)快速變化的光學(xué)信號(hào).此外,在254 和365 nm 這兩種波長(zhǎng)紫外光的照射時(shí),在光源開(kāi)啟的瞬間,輸出電流都出現(xiàn)了一個(gè)明顯的上升尖峰,這很可能是由于內(nèi)建電勢(shì)與入射紫外光的協(xié)調(diào)效應(yīng)導(dǎo)致的,因?yàn)樵诠庹障录ぐl(fā)的大量光生載流子很難及時(shí)地被電極收集[29?31],這一現(xiàn)象在自供電型探測(cè)器中相對(duì)常見(jiàn).恰恰由于這里異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電勢(shì)很低,更是加劇了電流出現(xiàn)上升尖峰的現(xiàn)象.然而,Ga2O3與Al0.1Ga0.9N都是N 型半導(dǎo)體材料,它們構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)屬于同型異質(zhì)結(jié),即N-N 異質(zhì)結(jié).這意味著其整流特性所能承受的電壓范圍也小,很容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象.具體可以通過(guò)摻雜等技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)載流子濃度,進(jìn)而改善對(duì)內(nèi)建電場(chǎng)的調(diào)控.

圖4 零偏壓下 (a) 254 nm 波長(zhǎng)紫外光照射下的對(duì)數(shù)I-t 特性曲線;(b) 365 nm 波長(zhǎng)紫外光照射下的對(duì)數(shù)I-t 特性曲線Fig.4.The I-t curves under (a) 254 nm and (b) 365 nm light illumination at zero bias.

為了研究不同電壓下光電流隨光強(qiáng)變化的規(guī)律,如圖5 所示為針對(duì)不同波長(zhǎng)光照射時(shí)不同外加電壓下的電流隨時(shí)間變化圖(I-t圖);圖5(a)—(d)顯示的結(jié)果表明,在光強(qiáng)一定時(shí),隨著外加電壓的增強(qiáng),Iphoto逐漸增大,這一現(xiàn)象主要是由于隨著電壓的增加,載流子漂移速度增大,同時(shí)更多的電子掙脫了界面態(tài)陷阱的束縛所造成的.再者,考慮到隨著光強(qiáng)的增加,Iphoto亦隨之增大,光強(qiáng)的增加致使價(jià)帶中更多的電子吸收了光子能量(hv),更多的電子躍遷到導(dǎo)帶,形成更高的Iphoto.

圖5 (a) 正向偏壓下、(b) 反向偏壓下254 nm 波長(zhǎng)光輻照下的I-t 特性曲線;(c) 正向偏壓下、(d) 反向偏壓下365 nm 波長(zhǎng)光輻照下的I-t 特性曲線Fig.5.The I-t curves at (a) positive voltages and (b) negative voltages under the illuminations of 254 nm UV light.The I-t curvesat (c) positive voltages and (d) negative voltages under the illuminations of 365 nm UV light.

如圖6 所示,根據(jù)冪次定律:

其中P為光照功率密度;θ為擬合冪數(shù).對(duì)于本工作制備的探測(cè)器件,θ并不為1,因此可以認(rèn)為Iphoto與P呈現(xiàn)出的是近線性關(guān)系.隨著電壓的施加,θ大于 1,造成這種現(xiàn)象的主要原因是在外加電壓的作用下,載流子的漂移速度隨之增加并且俘獲態(tài)電子需要更小的能量便可躍遷致導(dǎo)帶,因此光子的剩余能量可以激發(fā)更多的電子躍遷,形成倍增效應(yīng)[32].然而如圖6(a)和圖6(d),外部施加較小的電壓時(shí),θ小于1,主要是由于較強(qiáng)的光照情況下相比較小光照情況下,加劇了載流子散射,導(dǎo)致相對(duì)更多的電子與空穴的復(fù)合造成的,因?yàn)? μW/cm–2的光強(qiáng)對(duì)應(yīng)1016cm–2·s–1的入射光子流密度[32],更高的光強(qiáng)下會(huì)有更多的光子入射到半導(dǎo)體的表面,也就會(huì)有更多的光生電子-空穴對(duì)產(chǎn)生,當(dāng)達(dá)到一定的量時(shí)會(huì)有明顯的散射現(xiàn)象出現(xiàn)[32].

圖6 254 nm 波長(zhǎng)紫外光輻照下,施加 (a) 正向偏壓與 (b) 負(fù)偏壓下的光電流與光強(qiáng)的關(guān)系圖.365 nm 波長(zhǎng)紫外光輻照下,施加 (c) 正向偏壓與 (d) 負(fù)偏壓下的光電流與光強(qiáng)的關(guān)系圖Fig.6.The intensity dependent photocurrent at (a) positive voltages and (b) negative voltages under illumination of 254 nm UV light.The intensity dependent photocurrent at (c) positive voltages and (d) negative voltages under illumination of 365 nm UV light.

為了更好地闡釋異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的載流子輸運(yùn)機(jī)制,結(jié)合相應(yīng)半導(dǎo)體的能帶位置[33,34],Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖如圖7 所示;當(dāng)Ga2O3和Al0.1Ga0.9N 接觸時(shí),由于電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),電子將從Ga2O3一側(cè)流向Al0.1Ga0.9N 一側(cè),并在接觸表面形成空間電荷區(qū),產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng).由于界面處會(huì)存在一定量的俘獲態(tài),接觸時(shí)電子會(huì)從Ga2O3一側(cè)流向Al0.1Ga0.9N 一側(cè),Ga2O3一側(cè)失去了電子導(dǎo)致電勢(shì)上升而能帶向上彎曲,界面處會(huì)在靠近Ga2O3一側(cè)俘獲一定量的電子形成耗盡區(qū),因此耗盡區(qū)位于靠近Ga2O3一側(cè).在無(wú)外部光源的激勵(lì)下,電子-空穴是相對(duì)匱乏的,此時(shí)的Idark相對(duì)低.當(dāng)用254 nm 波長(zhǎng)的紫外光照射時(shí),光子能量大于Ga2O3和Al0.1Ga0.9N 禁帶寬度的光子會(huì)使得Ga2O3和Al0.1Ga0.9N 價(jià)帶的電子吸收足夠的能量進(jìn)而躍遷到導(dǎo)帶.然而在365 nm 波長(zhǎng)紫外光的照射下,其能量只能激發(fā)Al0.1Ga0.9N 價(jià)帶上的電子躍遷,故而254 nm 波長(zhǎng)光照射產(chǎn)生的R大于365 nm 波長(zhǎng)光照射產(chǎn)生的R.不同波長(zhǎng)照射下產(chǎn)生的光生載流子被內(nèi)建電場(chǎng)迅速地分離,并被電極收集從而形成輸出的Iphoto.當(dāng)施加正向偏壓時(shí),耗盡區(qū)受到抑制,導(dǎo)致Iphoto增大;當(dāng)施加反向偏壓時(shí),耗盡區(qū)被增強(qiáng),出現(xiàn)相反的情況,導(dǎo)致較低的反向漏電電流.

圖7 Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7.The band diagram of the Ga2O3/Al0.1Ga0.9N heterojunction photodetector.

4 結(jié)論

本文介紹了一個(gè)Ga2O3/Al0.1Ga0.9N 異質(zhì)結(jié),并以此來(lái)執(zhí)行紫外光探測(cè).結(jié)果表明,該異質(zhì)結(jié)探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)雙波段、雙模式的光探測(cè)工作.異質(zhì)結(jié)界面處形成的內(nèi)建電場(chǎng)更是使得該異質(zhì)結(jié)探測(cè)器能夠在零偏壓下穩(wěn)定的自供電運(yùn)行.在正偏壓和負(fù)偏壓驅(qū)動(dòng)下,探測(cè)器都能對(duì)254 nm 波長(zhǎng)紫外光和365 nm 波長(zhǎng)紫外光展現(xiàn)出理想的光響應(yīng)度.內(nèi)建電場(chǎng)的有效驅(qū)動(dòng)使其能夠在無(wú)源時(shí)依然穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)254 和365 nm 波長(zhǎng)紫外光的光響應(yīng)度分別為0.13 和0.01 mA/W.本工作系統(tǒng)介紹了基于寬禁帶半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)紫外探測(cè)器的性能特征,并給出了響應(yīng)的理論分析.整體而言,目前這個(gè)異質(zhì)結(jié)探測(cè)器的性能還存在很大的提升空間,比如界面優(yōu)化,材料生長(zhǎng)質(zhì)量的改善,器件工藝的改進(jìn)等.