有望提高深紫外光效，东京一团队开发出新型材料
近日，东京都立大学大学广濑靖教授等发表一篇名为《透过深紫外光的新型电极材料的开发 -对高效率深紫外光电子器件的期待》的研究报告。
报告显示，他们以SnO₂和GeO₂的固溶体为基材，开发了一种新型透明电极材料（Ta-added Sn₁−x Ge x O₂ ），该材料显示出比现有透明电极材料更好的抗深紫外光性能。同时，他们还成功地在具有实用价值的氮化铝上形成了高性能的掺杂Ta的Sn 1−x Ge x O₂薄膜。
据了解，该研究组开发的与二氧化锡（SnO₂）具有相同的晶体结构的二氧化锗（GeO₂），带隙更大。通过溶解GeO₂，可以提高深紫外光的透射率。首先，当使用脉冲激光沉积法在蓝宝石衬底上生长具有不同SnO₂和 GeO₂混合比例的薄膜时，当 GeO₂的比例在70% 范围内时，它们呈现出金红石晶体结构生长出Sn₁ - xGexO₂薄膜（图1）。此外，随着GeO₂的比例增加，对深紫外光的透射率也在增加。
图 1(a) Sn₁ - xGexO₂的晶体结构。(b)在蓝宝石( Al₂O₃ ) 衬底上生长的Sn1 - xGexO₂薄膜的X射线衍射图。(ce) (c) a 轴长度、(d) c 轴长度和 (e) 合成的Sn1 − xGexO2 薄膜的晶胞体积。它随着成分的变化成比例变化，可以看出SnO₂和GeO₂处于固溶体中。
图2 (a)不同GeO₂比例(x)的Sn₁−xGexO₂薄膜的透光率(T)和反射率(R)光谱，(b)新紫外区的透光率放大图。
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实验过程中添加少量钽 (Ta) 作为施主杂质以赋予该固溶体薄膜导电性，在GeO₂比例约为30% 或 30%以下被表达（图 3）。并优化Ta添加量的Sn₁−x Ge x O₂薄膜在深紫外光下的透明电导率优于锡掺杂氧化铟。
图3 (a) 光学透射光谱、(b) 带隙和(c) Ta 掺杂Sn1- xGexO2薄膜的薄层电阻（GeO₂比例约为30%）。
图 4 各种透明导电膜在 280 nm 波长下的透光率和薄层电阻。左上角（更高的透光率和更低的薄层电阻）表示更高的性能。（图例中的SGO表示Sn₁- xGexO₂）
为了将透明电极材料应用于光电器件，需要在器件中使用的半导体上形成高性能薄膜。因此，课题组尝试在氮化铝上生长Ta掺杂的Sn₁−x Ge x O₂薄膜，这是一种实用的深紫外LED材料。当 Ta-doped Sn₁−x Ge x O₂ 直接生长在氮化铝上时，只能得到结晶度差和导电率低的薄膜。通过将其作为层插入（注7），我们成功地生长了具有相同程度的薄膜蓝宝石衬底上的透明导电性（图 4 和 5）。
图 5 (a) X 射线衍射图，(b)在AlN模板基板上生长的 Ta 掺杂Sn₁- xGexO₂ (SGO) 薄膜的电阻率。通过插入种子层，衍射峰的强度增加，电阻率大大降低。
Ta-doped Sn₁−x Ge x O₂除了对深紫外光具有优异的透明导电性外，还具有可以在实用的LED材料氮化铝上形成的优点。预计这项研究的结果将提高深紫外光电子器件在卫生、医疗和半导体加工等应用的效率。
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