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【国际论文】基于Ga₂O₃/GaN异质面的高响应性自驱动宽波段紫外光电探测器

日期:2023-04-27阅读:205

        近日,在美国化学会出版物(ACS Publications)上由印度科学与创新研究学院,CSIR-HRDC校区发表了一篇名为Ga2O3/GaN Heterointerface-Based Self-Driven Broad-Band Ultraviolet Photodetectors with High Responsivity的论文文章。该文的简要内容为:响应多种紫外线(UV)波长(230-400nm)的宽频带紫外线(BBUV)光电探测器(PDs)在各个领域受到了相当大的关注,如导弹警告、火灾报警、天文成像等。由于对BBUVPDs的需求增加,需要有节能的自驱动装置。这项工作使用了一个简单的热氧化工艺来开发基于β-Ga2O3/GaN异质面的器件,该器件在自驱动、低偏压和光谱广泛的响应范围内显示出超高的性能。该器件在自驱动工作模式下表现出优异的稳定性能,在266nm光照下具有1.2×103 mA W-1的超高响应性和3.8×102%的极高外部量子效率。此外,该器件在光电导模式(@5 V)下的性能显示出2.21 × 105 mA W-1的超高响应性,10-14 W Hz-1/2的极低噪声等效功率,以及104%的极高外部量子效率。此外,该装置对355纳米的照明波长有反应,在0 V(5 V)的应用偏压下,反应率为0.74 mA W-1(2.2 × 104mA W-1)。这项研究将促进创造下一代光电器件的前景,以理解和利用Ga2O3/GaN异质界面器件。

图S1. 热氧化前和热氧化后从氮化镓外延层(a)测得的Ga、N和O的EDAX图。

        图S1显示了外延氮化镓薄膜热氧化前后的Ga、N和O的能量色散X射线分析(EDAX)图。EDAX图谱证实了热氧化后镓和氧的存在。

图S2:实际制作的紫外线检测装置的光学显微照片。

        图S2展示了从顶部看Ga2O3/GaN异质结构器件的光学图像。通过直流磁控溅射沉积了间隔14μm的MSM铂电极。

图S3:在黑暗中和(a)266nm(b)355nm s下,不同光功率的器件的I-V特性;展示了在5V偏压附近的放大图。

        图S3显示了所制造的器件的电流-电压(I-V)特性,它在黑暗以及266nm和355nm的光照下都显示出接近欧姆的行为,不同的光功率(14µW到222µW)。I-V图的5V应用偏压附近的放大视图,显示了黑暗和光明I-V图的差异,导致了紫外线照射时重要的光检测方面。

图S4:(a)在50 sccm的恒定氧气流量下对GaN样品进行热氧化的炉子示意图。(b)生长温度剖析和(c)Ga2O3/GaN薄膜的完整制造过程示意图。

        如图S4(a)所示,在1000℃下热氧化氮化镓薄膜的炉子示意图,转换了外延的氮化镓薄膜。在GaN模板上生长氧化镓的温度曲线如图S4(b)所示。图S4(c)中描述了制造基于Ga2O3/GaN的光电探测器的装置的各个步骤。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaelm.2c01362