【外延论文】热退火限制偏角蓝宝石衬底上外延 β-Ga₂O₃ 薄膜的旋转域，实现超高灵敏度的日盲型深紫外光电探测器

        由东北师范大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 发布了一篇名为 Thermal Annealing Restricts the Rotation Domains of Epitaxial β-Ga₂O₃ Thin Films on Off-Angle Sapphire Substrates, Enabling Ultrahigh-Sensitivity Solar-Blind Deep UV Photodetector（热退火限制偏角蓝宝石衬底上外延 β-Ga₂O₃ 薄膜的旋转域，实现超高灵敏度的日盲型深紫外光电探测器）的文章。

摘要

        本研究通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，在偏角分别为 0°、1°、2°、4° 和 6° 的氧化铝（c/m）衬底上异质外延生长了具有（-201）择优取向的β-氧化镓（Ga₂O₃）薄膜。阶梯流生长模式抑制了旋转畴的形成，而 1000 °C 退火处理进一步降低了旋转畴密度，最终形成两种主要晶体取向。β-Ga₂O₃ 薄膜的结晶质量、表面形貌和氧空位浓度均显著依赖于衬底偏角。采用 6° 偏角衬底并结合退火工艺后，β-Ga₂O₃ 薄膜的 X 射线摇摆曲线半高宽降至 0.88°，均方根粗糙度为 5.88 nm，且氧空位浓度显著降低。在 10 V 偏压和 254 nm（23.75 μW/cm²）光照下，基于 0° 衬底生长的 β-Ga₂O₃ 光导型日盲光电探测器表现出优异的性能：响应度达 39.38 A/W，探测率为 4.60 × 10¹⁶ Jones，外量子效率高达 19074%。而 6° 衬底制备的器件因薄膜质量提升（缺陷中心减少、信号反馈速度加快），响应时间更短（0.47/4.34 ms）。本研究系统探讨了不同偏角蓝宝石衬底上异质外延 β-Ga₂O₃ 薄膜的生长机制及其对器件性能的影响，为其他薄膜材料的外延生长与器件设计提供了重要参考。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.4c22220