SiC襯底上β-Ga2O3薄膜生長及p-SiC/n-β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)光伏特性

羅建仁，王相虎，樊天曜，金嘉妮，張如林

(上海電機(jī)學(xué)院材料學(xué)院，上海 201306)

0 引 言

近年來，β-Ga2O3由于具有極寬禁帶(4.9 eV)、高的擊穿電場強(qiáng)度、高的工作溫度、低的器件導(dǎo)通電阻、高的電子密度等優(yōu)勢，有望廣泛應(yīng)用于高溫氣體傳感器、大功率電子器件、日盲紫外探測器等領(lǐng)域，受到越來越多的關(guān)注[1-6]。

Ga2O3具有α、β、γ、δ和ε五個不同的晶體相結(jié)構(gòu)，各相可以在不同的溫度條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而在五種相中，β-Ga2O3最為穩(wěn)定，其具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性[7-10]，對紫外、可見光區(qū)都具有較高的透過率[11]。本征的β-Ga2O3呈n型電導(dǎo)特征，也可以通過摻雜來改變其電學(xué)性能，例如通過摻雜Si、Sn取代Ga，來調(diào)節(jié)電子濃度和遷移率，實現(xiàn)對電導(dǎo)率的調(diào)控[12]，而通過摻雜Fe使其達(dá)到高度絕緣[13]。

眾所周知，由于深受主能級、低的受主摻雜效率、自補(bǔ)償?shù)仍颍瑢?dǎo)致p型β-Ga2O3和同質(zhì)結(jié)很難制備，因此，目前β-Ga2O3基結(jié)型器件主要以異質(zhì)結(jié)為主，其結(jié)構(gòu)主要為n-β-Ga2O3/p型半導(dǎo)體材料(例如，p-GaN、p-SiC等)[14]，寬禁帶半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的光電轉(zhuǎn)換特性具有非常廣泛的用途，可用作光伏器件的頂電池等。

β-Ga2O3薄膜的制備包括射頻磁控濺射法[15-16]、化學(xué)氣相沉積法[17-18]、電化學(xué)沉積法[19]以及脈沖激光沉積法(PLD)[20-21]等，其中，PLD是通過激光束與靶材的強(qiáng)烈相互作用，使得靶材獲得極高的能量從而使其表面濺射出高密度的氣態(tài)分子，也就是通常稱呼的等離子體羽輝，使其在襯底上沉積形成薄膜[21]，由于等離子體羽輝具有非常高能量，因此，PLD技術(shù)非常適合高質(zhì)量β-Ga2O3薄膜的制備[12]。

本文采用PLD技術(shù)，在p型4H-SiC基底上制備β-Ga2O3薄膜，研究了生長溫度對薄膜結(jié)構(gòu)、成分等的影響，并制備出p-SiC/n-β-Ga2O3異質(zhì)結(jié)，測量了其光伏特性。……