发光学报, 2014, 35 (6): 678, 网络出版: 2014-06-10  

m面蓝宝石上外延(110)取向立方MgZnO薄膜及其日盲紫外探测器件研究

Epitaxial (110)-oriented Cubic MgZnO Films on m-plane Sapphire for Solar-blind UV Photodetectors
作者单位
1 发光学及应用国家重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
3 东北师范大学 先进光电子功能材料研究中心, 吉林 长春130024
摘要
由于在日盲紫外探测方面的应用前景, 具有合适带隙的MgZnO合金半导体薄膜受到越来越多的关注。获得具有择优取向的单一相MgZnO对提升MgZnO基日盲紫外探测器性能至关重要。本文利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)方法在m面蓝宝石衬底上制备了一系列不同组分的MgxZn1-xO薄膜。光学和结构特性测试结果表明: Zn摩尔分数达到55%的Mg0.45Zn0.55O薄膜依然是单一立方相, 其光学带隙可以达到4.7 eV。立方岩盐结构MgZnO与m面蓝宝石衬底的外延结构关系为(110)MgZnO‖(1010)sapphire、[001]MgZnO‖[1210]sapphire和[110]MgZnO‖[0001]sapphire。唯一确定的面内取向有利于薄膜晶体质量的提高。基于(110)取向立方相Mg0.45Zn0.55O薄膜制备金属-半导体-金属(MSM)结构器件, 获得了光响应峰在260 nm、光响应截止波长278 nm的日盲紫外探测器。
Abstract
A series of MgxZn1-xO alloy films were grown on m-plane sapphire by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition (LP-MOCVD). Optical and structural characterizations indicated that the films with Zn mole fraction up to 55% are single-cubic-phased, and the optical bandgap of Mg0.45Zn0.55O film is 4.7 eV. The epitaxial relationships between substrate and rocksalt MgZnO layers were determined as (110)MgznO‖(1010)sapphire,[001]MgZnO‖[1210]sapphire, and [110]MgZnO‖[0001]sapphire. The fixed uniform orientation of the films was accompanied by an improvement in crystal quality. A metal-semiconductor-metal structured solar-blind ultraviolet detector fabricated on Mg0.45Zn0.55O film showed a response peak at 260 nm and a sharp cutoff at 278 nm.

郑剑, 张振中, 张吉英, 刘益春, 王双鹏, 姜明明, 陈星, 李炳辉, 赵东旭, 刘雷, 王立昆, 单崇新, 申德振. m面蓝宝石上外延(110)取向立方MgZnO薄膜及其日盲紫外探测器件研究[J]. 发光学报, 2014, 35(6): 678. ZHENG Jian, ZHANG Zhen-zhong, ZHANG Ji-ying, LIU Yi-chun, WANG Shuang-peng, JIANG Ming-ming, CHEN Xing, LI Bing-hui, ZHAO Dong-xu, LIU Lei, WANG Li-kun, SHAN Chong-xin, SHEN De-zhen. Epitaxial (110)-oriented Cubic MgZnO Films on m-plane Sapphire for Solar-blind UV Photodetectors[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2014, 35(6): 678.

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