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Epitaxial Growth and Solar-Blind Photoelectric Characteristic of Ga2O3 Film on Various Oriented Sapphire Substrates by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
Physica Status Solidi (A) - Applications and Materials Science Pub Date : 2021-04-14 , DOI: 10.1002/pssa.202100076 Haizheng Hu 1 , Chao Wu 1 , Nie Zhao 2 , Zhiyan Zhu 1 , Peigang Li 3 , Shunli Wang 1 , Weihua Tang 4 , Daoyou Guo 1
Physica Status Solidi (A) - Applications and Materials Science Pub Date : 2021-04-14 , DOI: 10.1002/pssa.202100076 Haizheng Hu 1 , Chao Wu 1 , Nie Zhao 2 , Zhiyan Zhu 1 , Peigang Li 3 , Shunli Wang 1 , Weihua Tang 4 , Daoyou Guo 1
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The epitaxial growth of Ga2O3 thin films is important for their applications in electronic and optoelectronic devices. Herein, the growth of Ga2O3 thin films on various oriented (c-, a-, m-, r-plane) sapphire substrates by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is investigated using high purity metallic Ga and oxygen (O2) as precursor materials and argon (Ar) as carrier gas under a relatively lower growth temperature compared with other CVD methods. The effects of the substrates orientation to the surface morphology, crystal orientation, growth rate, optical properties, and solar-blind photoelectric properties of Ga2O3 thin films are studied. The epitaxial film grown on the c-plane sapphire substrate exhibits the best crystallinity and smooth surface, while that grown on the r-plane shows the fastest growth rate of 1.97 μm h−1. The photodetector based on the Ga2O3 film grown on the c-plane exhibits the lowest dark current of 0.17 nA, the highest Ilight/Idark ratio of 242.47, and the fastest response time of 0.31 s, while that of grown on the m-plane shows the highest responsivity (Rλ) of 27.71 mA W−1.
中文翻译：
等离子增强化学气相沉积法在各种定向蓝宝石衬底上的 Ga2O3 薄膜的外延生长和日盲光电特性
Ga 2 O 3薄膜的外延生长对其在电子和光电器件中的应用很重要。在此，使用高纯度金属 Ga 和氧气，通过等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)在各种取向（c -、a -、m -、r -面）蓝宝石衬底上研究了 Ga 2 O 3薄膜的生长（氧2) 作为前体材料和氩 (Ar) 作为载气，与其他 CVD 方法相比，在相对较低的生长温度下。研究了衬底取向对Ga 2 O 3薄膜表面形貌、晶体取向、生长速率、光学性能和日盲光电性能的影响。在c面蓝宝石衬底上生长的外延膜表现出最好的结晶度和光滑的表面，而在r面生长的外延膜显示出最快的生长速率，为 1.97 μm h -1。基于在c平面上生长的 Ga 2 O 3薄膜的光电探测器表现出最低的暗电流 0.17 nA，最高的I亮/ I暗比为 242.47，最快响应时间为 0.31 s，而在m平面上生长的响应时间显示最高响应率 ( R λ )，为 27.71 mA W -1。
更新日期：2021-06-03
中文翻译：
等离子增强化学气相沉积法在各种定向蓝宝石衬底上的 Ga2O3 薄膜的外延生长和日盲光电特性
Ga 2 O 3薄膜的外延生长对其在电子和光电器件中的应用很重要。在此，使用高纯度金属 Ga 和氧气，通过等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)在各种取向（c -、a -、m -、r -面）蓝宝石衬底上研究了 Ga 2 O 3薄膜的生长（氧2) 作为前体材料和氩 (Ar) 作为载气，与其他 CVD 方法相比，在相对较低的生长温度下。研究了衬底取向对Ga 2 O 3薄膜表面形貌、晶体取向、生长速率、光学性能和日盲光电性能的影响。在c面蓝宝石衬底上生长的外延膜表现出最好的结晶度和光滑的表面，而在r面生长的外延膜显示出最快的生长速率，为 1.97 μm h -1。基于在c平面上生长的 Ga 2 O 3薄膜的光电探测器表现出最低的暗电流 0.17 nA，最高的I亮/ I暗比为 242.47，最快响应时间为 0.31 s，而在m平面上生长的响应时间显示最高响应率 ( R λ )，为 27.71 mA W -1。
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