【器件论文】通过脉冲光持久光导效应研究 α-Ga₂O₃ 分子束外延光探测器的缺陷调制

        由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的研究团队在学术期刊 APL Materials 发布了一篇名为Defect-modulation in α-Ga₂O₃ molecular beam epitaxial photodetector investigated through pulsed-light persistent-photoconductivity（通过脉冲光持久光导效应研究 α-Ga₂O₃ 分子束外延光探测器的缺陷调制）的文章。

摘要

        α 相氧化镓（Ga₂O₃）具有刚玉晶体结构，与常用于外延生长的低成本蓝宝石衬底高度匹配，这使得研究人员能够进行精确且可控的 Ga₂O₃ 外延生长。因此，它为高功率器件和深紫外光电探测器（DUV-PDs）的发展提供了出色的材料平台。在本研究中，我们通过改变氧化物分子束外延的生长参数，改变了在 m 面蓝宝石衬底上生长的 α-Ga₂O₃ 的外延特性，并展示了对氧空位（V_O）依赖的持久光电导（PPC）行为的有效调制。这导致了在制备的基于 α-Ga₂O₃ 的 DUV-PDs 中可调的成对脉冲促进（PPF）指数。以在 500°C 下在裸露 m 面蓝宝石上生长的 α-Ga₂O₃ 作为基准（α-Ga₂O₃-500°C），我们通过将生长温度提高到 570°C 或引入分步渐变的α-(Al_xGa_1−x)₂O₃ 缓冲层，有效地改变了氧空位的贡献。光致发光和 X 射线光电子能谱分析证实了在不同条件下生长的 α-Ga₂O₃ 中氧空位掺入的变化。最终，由于材料中 V_O 缺陷的掺入程度更高，基于 500°C 的 α-Ga₂O₃ 样品制造的深紫外光电探测器表现出最显著的光电导调制行为，在 -1 V 偏压下实现了 143% 的最大光电流增益指数，与对照器件相比，调节幅度为 26.5%。α-Ga₂O₃ 中占主导地位的 V_O 缺陷和可变范围跳跃导致了所制造器件中观察到的光电导调制行为。我们的研究突显了在基于 α-Ga₂O₃ 的器件中实现可调光电导调制性能的可行性，适用于 X 射线到深紫外检测以及日盲神经形态视觉系统，甚至可能在恶劣环境中使用。

原文链接：

https://doi.org/10.1063/5.0266366