Wide bandgap tunability of N-alloyed ZnGa2O4 thin films

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作者
Wei‐Kai Wang,Kuo-Feng Liu,Sung‐Yu Wang,Jian-cheng Guo,Shih-Yung Huang
出处
期刊:Semiconductor Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:36 (5): 055011-055011
标识
DOI:10.1088/1361-6641/abefa2
摘要

Abstract ZnGa 2 O 4 films with different nitrogen impurity concentrations were deposited using radio frequency magnetron sputtering in an ammonia (NH 3 )/Ar gas mixture and were post-annealed at different temperatures, ranging from 600 °C to 900 °C, in NH 3 atmosphere. The influence of ammonia partial pressure ratio and nitridation temperature on the microstructure, surface morphology, nitrogen doping profile, and optical properties has been investigated. The optical band gap of ZnGa 2 O 4 , under in-situ nitrogen-doping, decreases from 4.6 to 4.1 eV but the primitive ZnGa 2 O 4 crystalline structure does not change. On nitridation, the optical band gap gradually decreases from 4.6 to 2.1 eV and the ZnGa 2 O 4 changes into a zinc gallium oxynitride quaternary alloy structure. Secondary ion mass spectrometry analysis revealed that nitrogen atoms were uniformly distributed in the film. The narrowing, by more than 40%, of the optical band gap is attributed to the hybridization of Zn3d and N2p orbits promote p-d repulsion in the top of the valence band, and the formation of hexagonal wurtzite phase.

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