PECVD法制备高结晶GaN薄膜及其光电响应性能

采用一种简单、绿色、低成本的等离子增强化学气相沉积(PECVD)法,在950℃下成功制备了高结晶质量的GaN薄膜.为了提高GaN薄膜结晶质量和弄清GaN薄膜光响应机制,研究了GaN缓冲层制备温度对GaN薄膜结晶质量和光电性能的影响.研究表明,随着GaN缓冲层制备温度的增加,GaN薄膜的结晶质量先提高后降低,在缓冲层温度为875℃时,结晶质量最高,此时计算得出的总位错密度为9.74×10~9 cm^-2,载流子迁移率为0.713 cm~2/(V·s).经过退火后,GaN薄膜的总位错密度降低到7.38×10~9 cm^-2,载流子迁移率增大到43.5 cm~2(V·s),此时GaN薄膜光响应度为0.20 A/W,光响应时间为15.4 s,恢复时间为24 s,可应用于紫外光探测器.通过Hall测试和X射线光电子能谱仪分析得出,GaN薄膜内部存在着N空位、Ga空位或O掺杂,它们作为深阱能级束缚和复合光生电子和空穴,使得光响应度与偏压呈抛物线关系;另外,空位和O掺杂形成的深阱能级也是导致GaN薄膜的光电流响应和恢复缓慢的根本原因.