【国际论文】通过表面光电压光谱、光导率和光吸收研究β-Ga₂O₃ 和 κ-Ga₂O₃ 外延层表面和界面附近的电子状态

        近期，由意大利帕尔马大学的研究团队在学术期刊Surfaces and Interfaces发布了一篇名为Electronic states near surfaces and interfaces of β-Ga₂O₃ and κ-Ga₂O₃ epilayers investigated by surface photovoltage spectroscopy, photoconductivity and optical absorption（通过表面光电压光谱、光导率和光吸收研究β-Ga₂O₃和 κ-Ga₂O₃ 外延层表面和界面附近的电子状态）的文章。

摘要

        使用瞬态表面光电压（SPV）光谱、光吸收和光电导（PC）研究了生长在c-plane蓝宝石衬底上的（-201）β-Ga₂O₃和（001）κ-Ga₂O₃外延层中的电子跃迁。SPV信号区分了在表面和层/衬底界面附近的电荷分离。光吸收测量结果表明，β-Ga₂O₃和κ-Ga₂O₃外延层的带隙分别约为4.75 eV和4.79 eV，而PC测量结果分别为约4.8 eV和4.9 eV，SPV测量结果则分别为4.65 eV和4.9 eV（表面附近）。在κ-Ga₂O₃层/衬底界面附近，SPV给出的值为4.75 eV，可能与存在的中间层有关。观察到整个β-Ga₂O₃层截面上具有约4.5 eV、4.1 eV和3.5 eV起始能量的缺陷相关跃迁。相反，κ-Ga₂O₃外延层中的缺陷相关跃迁则分布不同：约4.3 eV起始的跃迁源自均匀分布在层内的缺陷，而分别在2.4 eV和1.7 eV起始的跃迁则分别与表面附近或层/衬底界面附近的缺陷有关。在带隙以上光激发能量下进行的PC测量表明，κ-Ga₂O₃中的缺陷密度和复合损失远大于β-Ga₂O₃。

图 1. 用于 SPV 测量的 Ga₂O₃ 外延层在正面光照（a）和翻转样品光照（b）下的测量安排（左）和示意图（右）。A 和 B 分别代表正面光照下表面和界面可控硅上的电荷分离，而C和D则代表背面光照下界面和表面可控硅上的电荷分离。相应的 SPV 信号符号为正（A 和 C）和负（B 和 D）。E_V、E_C、E_t1 和 E_t2 分别表示价带和导带边缘以及分布在整层和仅分布在界面附近的缺陷态。

图 2. 光子通量光谱。光子通量随光谱变化的波动主要是由激光光斑随光谱变化的横向不均匀性引起的，而可调谐扩束器无法补偿这种不均匀性。

DOI：doi.org/10.1016/j.surfin.2024.104642