Structural and Electronic Properties of β-(AlxGa1–x)2O3 Active Layers for Space-Qualified Solar-Blind Photodetectors

结晶学 化学
作者
Fatima Matar,Amar K. Salih,Vinod E. Sandana,F. Hosseini Téhérani,Matthew R. Phillips,David J. Rogers,Cuong Ton‐That
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (14): 6469-6475
标识
DOI:10.1021/acsaelm.5c00794
摘要

This paper presents a detailed investigation of the structural, optical, and electronic properties of (AlxGa1–x)2O3 thin films used as active layers in solar-blind ultraviolet C (UVC) photodetectors onboard the INSPIRE-Sat 7 nanosatellite. Engineered via alloying Ga2O3 with Al2O3, these deep UV detectors exhibit a Gaussian spectral response centered at 215 nm with a full width at half maximum of 40 nm, enabling selective monitoring of solar irradiance in the Herzberg continuum (200–242 nm). The (AlxGa1–x)2O3 films are grown on c-plane sapphire substrates using pulsed laser deposition. Structural and optical analysis reveals that the engineered film exhibits the monoclinic β phase with a dominant (−201) orientation and the Al fraction of 0.58, inducing a 0.93 eV bandgap widening from 4.89 eV (Ga2O3) to 5.82 eV. Complementary photoemission and X-ray absorption spectroscopy studies reveal a 0.17 eV valence band downshift and a 0.74 eV conduction band uplift due to the alloying at x = 0.58. Cathodoluminescence spectroscopy identifies broad emission peaks at 3.55, 3.34, and 3.10 eV, attributed to self-trapped hole states localized at O sites adjacent to Al and Ga, respectively, and donor–acceptor pair recombination, consistent with the band structure modifications induced by Al2O3 alloying. These findings provide critical insights into β-(Al0.58Ga0.42)2O3 photodetector performance for Herzberg continuum detection in space applications.
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