PLD法制备Ga-2O-3薄膜材料及其紫外光响应特性研究.doc

PLD 法制备 Ga_2O_3 薄膜材料及其紫外光响应特性讨论近五十年来,基于薄膜半导体材料的光电探测器因其体积小、成本低、功耗低等优点,逐渐替代真空光电管成为当前的主流讨论热点。相较于MgZnO、AlGaN 和金刚石等其它宽带隙薄膜材料,Ga₂O₃薄膜对紫外光比较敏感,对日盲紫外光（220-280 nm）响应度高,是制备高性能日盲紫外探测器的理想材料之一。但是,Ga₂O₃日盲紫外探测器也存在一些问题,例如暗电流高,信噪比低,响应和恢复速度慢等,限制了其在商业等领域的应用。因此,进一步降低 Ga₂O₃紫外探测器的暗电流和提高器件信噪比成为本论文讨论的重点。本论文主要内容是利用脉冲激光沉积（PLD）方法,在制备 Ga₂O₃薄膜的过程中,通过降低生长温度,在 β-Ga₂O₃薄膜中生长（400）β-Ga₂O₃和引入 α-Ga₂O₃三种方法降低 Ga₂O₃紫外探测器的暗电流,提高器件的信噪比和响应恢复速度,并找出相对合理的解释方法,主要讨论结果如下:（1）利用 PLD 方法在 c 面蓝宝石衬底上制备Ga₂O₃薄膜,通过改变生长温度讨论结晶质量对Ga₂O₃薄膜结晶特性及 Ga₂O₃紫外探测器紫外光响应特性的影响。随着生长温度的降低,Ga₂O₃薄膜从结晶态向非晶态变化,紫外吸收边向长波方向移动。同时随着生长温度的降低,Ga₂O₃紫外探测器暗电流从 5.6×10^-77 A 降低到 3.2×10^-1111 A,器件的信噪比从 230 上升到 14000。其中,对于 450℃生长的非晶态 Ga₂O₃薄膜上制备的紫外探测器,由于器件在紫外光照射下光生载流子的多级隧穿引入了高增益,该器件在 25V 偏压下对 240 nm 紫外光响应度高达 318 A/W。（2）利用 PLD 方法在 c 面蓝宝石衬底上制备 Ga₂O₃薄膜,通过改变生长氧压讨论混合取向 Ga₂O₃薄膜的生长及 Ga₂O₃紫外探测器紫外光响应特性。随着生长氧压从 0.5 Pa 增大到 2 Pa,反应原子迁移能降低,β-Ga₂O₃薄膜中出现了较多的（400）β-Ga₂O₃,当氧压超过 2 Pa,β-Ga₂O₃