JPhysD编辑优选：应力和晶向调控氧化镓薄膜的日盲光电性能
本篇研究来自北京邮电大学理学院唐为华教授和吴真平副教授带领的研究团队。研究发现了氧化镓外延薄膜的日盲光电响应与晶格失配和薄膜取向密切相关。
文章介绍
Jie Yu(余杰), Yuehui Wang(王月晖), Haoran Li(李浩然), Yuanqi Huang(黄元琪), Weihua Tang(唐为华) and Zhenping Wu(吴真平)
研究背景：
由于臭氧层对日盲紫外辐射区（200 nm~280 nm）的强烈吸收作用，日盲紫外探测技术具有抗环境干扰和全天候工作的特点，在环境监测、电力工业、紫外通信等领域具有广泛而又十分重要的应用。β相氧化镓（β-Ga2O3）为直接带隙半导体，禁带宽度约为4.9 eV，且具有优异的热稳定和化学稳定性，是一种理想的日盲光电探测材料。虽然β-Ga2O3薄膜已经展现出优异的日盲探测应用前景，但其器件性能仍有待进一步提高。同时，单斜结构的β-Ga2O3具有各向异性，因此，深入研究晶格失配和晶体取向对β-Ga2O3外延薄膜的日盲光电性能调控，无论是对宽禁带半导体材料学科发展，还是对其应用价值的开发都具有十分重要的意义。
研究成果：
该研究工作采用磁控溅射的方法在(0001) α-Al2O3，(100) MgO和(100) MgAl2O4三种单晶衬底上外延生长了不同取向的β-Ga2O3薄膜。薄膜的XRD和SEM测试发现，与β-Ga2O3薄膜相比，(100) β-Ga2O3薄膜具有较大的晶粒尺寸和较少的面内畴结构，表现出更优的结晶质量。β-Ga2O3在不同衬底上的不同择优取向生长与薄膜/衬底界面氧原子排布方式有关。根据界面氧原子排布计算得β-Ga2O3与MgO、MgAl2O4以及Al2O3的晶格失配度分别为-2.0%/2.7%、-5.9%/-1.4%、-7.4%。薄膜与衬底的不同晶格失配度所引起的不同应力水平将影响MO4四面体和MO6八面体畸变程度以及晶体面内的旋转对称性，从而对β-Ga2O3薄膜的光响应性能产生调制作用。
通过光刻技术在不同取向的β-Ga2O3薄膜上制备Au/Ti叉指电极，并测试其日盲紫外探测性能。结果发现(100)取向的β-Ga2O3薄膜与取向薄膜相比，表现出明显的日盲光电响应度增强效果。其中，MgO上生长的(100) β-Ga2O3探测器的性能最优，表现出最高的响应度、外量子效率和探测灵敏度（分别为0.1 A·W-1，0.49，4.3×1012 Jones），比Al2O3上生长的取向的β-Ga2O3探测器的性能（分别是0.008 A·W-1，0.04，4.7×1011 Jones）高一个数量级。本研究为开发高性能Ga2O3薄膜日盲探测器提供了新思路。
作者介绍
吴真平 副教授
吴真平副教授担任北京邮电大学理学院副教授，博士生导师。目前研究方向为信息功能材料与器件，包括宽禁带氧化物薄膜的外延生长、界面构筑及其物性调控，并探索其在探测传感、信息技术、数据存储等领域的应用。